王 迪，楊德健，吳慧福

（天津城建大學(xué) 天津市土木建筑結(jié)構(gòu)防護(hù)與加固重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300384）

裝配式結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接是結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)也是薄弱點(diǎn)，僅通過(guò)增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)本身的抗震性能效果有限，因此國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)消能減震技術(shù)與裝配式結(jié)構(gòu)結(jié)合來(lái)提高節(jié)點(diǎn)的抗震能力.Loss 等人通過(guò)將鋼材與模板結(jié)合，研究出一種新型的預(yù)制剪力墻構(gòu)件[1]，這種新型預(yù)制剪力墻的節(jié)點(diǎn)不僅耗能和強(qiáng)度與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)相近，且質(zhì)量輕、延性好.鐘全等人[2]研究預(yù)制裝配式混凝土框剪結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，研究表明，裝配式結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)大多在構(gòu)件連接的各個(gè)節(jié)點(diǎn)附近，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著重考慮，避免因節(jié)點(diǎn)薄弱處的提前屈服而造成結(jié)構(gòu)整體的損壞.廣州大學(xué)的眾多學(xué)者[3-6]提出了一種新型的預(yù)制裝配式減震結(jié)構(gòu)，即將阻尼器安裝在梁柱構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)處，這種新型的阻尼器能夠有效地保護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn).肖亞明等人[7]對(duì)一座裝配式的鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了消能減震設(shè)計(jì)，以斜支撐的形式在結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)安裝了黏滯阻尼器.黃臻等人[8]將裝配式結(jié)構(gòu)和同尺寸的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，將阻尼器安裝在梁柱節(jié)點(diǎn)能有效防止結(jié)構(gòu)因構(gòu)件發(fā)生相對(duì)滑移而造成損壞，此外阻尼裝置還能提高結(jié)構(gòu)整體的延性.

在前人研究的基礎(chǔ)上，本文用SAP2000 分別建立一座12 層的預(yù)制裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和同尺寸的普通現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，對(duì)裝配式框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了兩種阻尼器的設(shè)計(jì)，并對(duì)這3 種結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇和罕遇地震下的動(dòng)力時(shí)程分析，研究結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)規(guī)律.

1 裝配式結(jié)構(gòu)模型

1.1 模型的建立

某預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)，主體地上12 層，地下0 層，首層層高4.2 m，其余每層層高均為4 m，結(jié)構(gòu)整體高48.2 m，結(jié)構(gòu)橫向五跨每跨長(zhǎng)7 m，結(jié)構(gòu)主體總長(zhǎng)35 m，縱向三跨，每跨寬7 m，結(jié)構(gòu)主體總寬21 m.其平面布置圖，及梁柱尺寸如圖1a 所示.結(jié)構(gòu)的柱子混凝土強(qiáng)度等級(jí)取C30，梁、板的混凝土強(qiáng)度等級(jí)取C25.其荷載布置如下：標(biāo)準(zhǔn)層的梁設(shè)置8 kN/m2均布荷載，頂層邊梁設(shè)置2 kN/m2均布荷載；樓板均為恒荷載布置，除頂層6 kN/m2外，其余每層為5 kN/m2；活荷載按標(biāo)準(zhǔn)取值：1～11 層 2 kN/m2，頂層 0.5 kN/m2.該結(jié)構(gòu)所處場(chǎng)地設(shè)防烈度為8 度，場(chǎng)地類(lèi)型為Ⅱ類(lèi)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.3 g.結(jié)構(gòu)的三維模型圖如圖1b 所示.

圖1 結(jié)構(gòu)平面布置圖和有限元模型圖

1.2 阻尼器的布置

模型中阻尼器選用扇形鉛黏彈性阻尼器（簡(jiǎn)稱(chēng)SLVD），該阻尼器主要由薄鋼板、約束鋼板、鉛芯和黏彈性材料組成，其尺寸參考文獻(xiàn)[9]，其布置位置參考文獻(xiàn)[10]中“T”字型布置于結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)處.阻尼器采用Damper 單元模擬，阻尼器相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示，阻尼器簡(jiǎn)圖如圖2 所示.

裝配式框架結(jié)構(gòu)A 方案（簡(jiǎn)稱(chēng)：裝配A 方案）：在裝配式框架結(jié)構(gòu)最外側(cè)梁柱節(jié)點(diǎn)處安裝扇形鉛黏彈性阻尼器，每層44 個(gè)，共528 個(gè).裝配A 方案簡(jiǎn)易布置圖如圖3 所示.

表1 阻尼器設(shè)計(jì)參數(shù)

裝配式框架結(jié)構(gòu)B 方案（簡(jiǎn)稱(chēng)：裝配B 方案）：在裝配A 方案的基礎(chǔ)上，在相對(duì)薄弱層4～8 層加增同種阻尼器，每層增加32 個(gè)，共增加了160 個(gè)阻尼器，阻尼器的安裝方式不變.裝配B 方案簡(jiǎn)易布置圖如圖4所示.

圖2 扇形鉛黏彈性阻尼器軸側(cè)及剖面效果

圖3 裝配A 方案阻尼器布置簡(jiǎn)圖

圖4 裝配B 方案阻尼器布置簡(jiǎn)圖

1.3 地震波的選取

本工程場(chǎng)地的地震設(shè)防烈度為8 度，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.3 g，選取EL-Centro波進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析.加速度峰值、時(shí)間間隔和持續(xù)時(shí)間如表2 所示.將EL-Centro 波加速度峰值調(diào)整至八度多遇下的70 cm/s2，EL-Centro 波的加速度時(shí)程曲線如圖5 所示.

表2 EL-Centro 波參數(shù)

圖5 EL-Centro 波加速度時(shí)程曲線

2 動(dòng)力響應(yīng)分析

2.1 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析

為了驗(yàn)證模型建立的合理性以及確定結(jié)構(gòu)的自振特性，對(duì)現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)和在梁柱節(jié)點(diǎn)處安裝有扇形鉛黏彈性阻尼器的預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，得出二者前六階振型特征，其自振周期和頻率如表3 所示，結(jié)構(gòu)的前三階振型圖如圖6 所示.

表3 兩種結(jié)構(gòu)自振周期和頻率

由表3 中數(shù)據(jù)可知，普通現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的第一階振型的頻率為0.53 Hz，裝配式框架減震結(jié)構(gòu)的頻率為0.47 Hz，表明現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的初始剛度大于裝配式結(jié)構(gòu)，整體性較好.相對(duì)于普通現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，預(yù)制裝配式框架減震結(jié)構(gòu)的平動(dòng)頻率較小，周期較大，表明減震設(shè)計(jì)能夠有效延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自振周期.

圖6 現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)和裝配式結(jié)構(gòu)的前三階振型

由圖6 可以看出，二者前兩階振型分別為先沿Y軸平動(dòng)，再沿X 軸平動(dòng)，隨后第三階振型沿Z 軸扭轉(zhuǎn)，符合一般結(jié)構(gòu)的振型規(guī)律，其X 向和Y 向的側(cè)向剛度接近，符合設(shè)計(jì)要求.

2.2 位移響應(yīng)分析

結(jié)構(gòu)在EL-Centro 波作用下的層間位移響應(yīng)如圖7 所示.

圖7 EL-Centro 波作用下結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)和位移優(yōu)化率

由圖7a 可以看出，隨著樓層增加，結(jié)構(gòu)的層間位移呈非線性增長(zhǎng)，裝配A 方案和裝配B 方案的層間位移響應(yīng)相對(duì)于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)有不同程度的優(yōu)化，本文中優(yōu)化率表示為

由圖7b 可知，不論是多遇地震亦或罕遇地震作用下，裝配B 方案的位移優(yōu)化率均高于裝配A 方案，可見(jiàn)阻尼器的增加提高了結(jié)構(gòu)的整體性，結(jié)構(gòu)的剛度增強(qiáng)，更好地吸收地震能量；多遇地震作用下，裝配B方案在裝配A 方案的基礎(chǔ)上增設(shè)少許阻尼器，位移優(yōu)化率有大幅提升，提升幅度在15%左右，可見(jiàn)，在薄弱層增設(shè)阻尼器，經(jīng)濟(jì)成本略有增加但優(yōu)化成果卻顯著提高.

2.3 位移角響應(yīng)分析

結(jié)構(gòu)在EL-Centro 波作用下的層間位移角響應(yīng)如圖8 所示.

圖8 EL-Centro 波作用下結(jié)構(gòu)的位移角響應(yīng)和位移角優(yōu)化率

由圖8a 可知，層間位移角均在限值以?xún)?nèi)，相較于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，裝配A、B 方案對(duì)結(jié)構(gòu)的位移角響應(yīng)有一定的優(yōu)化作用，使結(jié)構(gòu)具有更多的安全冗余度；由圖8b可知，不論是多遇地震亦或罕遇地震作用下，裝配B方案的位移角優(yōu)化率均高于裝配A 方案，可見(jiàn)阻尼器增加，結(jié)構(gòu)整體性增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)能更好地吸收地震能量；多遇地震作用下，裝配B 方案的位移角優(yōu)化率遠(yuǎn)超于裝配A 方案，其中2～8 層優(yōu)化率高出15%左右，說(shuō)明在裝配式結(jié)構(gòu)的薄弱層增設(shè)阻尼器，經(jīng)濟(jì)成本略有增加但優(yōu)化效果卻顯著提高.

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)及兩種設(shè)置阻尼器的預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇和罕遇地震作用下的動(dòng)力時(shí)程分析，研究結(jié)構(gòu)的層間位移和層間位移角規(guī)律，得出以下結(jié)論：

（1）相較于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，設(shè)置阻尼器的裝配式結(jié)構(gòu)對(duì)位移和位移角響應(yīng)有一定的優(yōu)化作用，使結(jié)構(gòu)具有更多的安全冗余度.

（2）不論是多遇地震亦或罕遇地震作用下，裝配B方案的位移角優(yōu)化率均高于裝配A 方案，增設(shè)阻尼器使得結(jié)構(gòu)整體性增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)能更好地吸收地震能量.

（3）從工程應(yīng)用的角度來(lái)講，在裝配式結(jié)構(gòu)的薄弱層增設(shè)少許阻尼器，經(jīng)濟(jì)成本略有增加但優(yōu)化效果卻顯著提高.