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别让子结构成了减震设计的“拦路虎”

2022-07-04 10:17

1. 引言

消能子结构是指与消能部件直接连接的框架梁、框架柱和剪力墙等主体结构单元,其范围如图1-1所示。

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1-消能器;2-支撑;3-连接件;4-消能减震子结构范围
图1‑1 消能子结构范围

为确保阻尼器充分发挥作用,子结构的设计非常重要。现有规范针对其性能目标及设计方法存在一定的差异,因而给设计人员带来一定的困惑。基于此,小编结合经验对不同规范中子结构的设计方法及性能目标进行了整理,便于广大工程师参考。


2. 现行规范整理

目前针对子结构设计的规范主要有以下几本,其设计方法的对比详见表2-1。

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表2‑1现行规范对消能子结构设计方法汇总

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由上表可知,不同规范对子结构的性能目标及设计方法具有较大的差异,大部分规范的要求是应满足极限承载力,个别要求大震不屈服,部分规范对中震提出了要求,部分规范要求构造措施要求提高。


3. 算例分析

3.1 工程概况

表3‑1工程概况

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图3‑1 Etabs三维模型

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图3‑2 Etabs平面布置图
表3‑2 阻尼器参数表
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3.2 模型处理

选取三个模型进行小震、中震、大震和超大震弹塑性时程分析,其中模型1是子结构满足小震反应谱配筋、模型2是子结构满足中震不屈配筋、模型3子结构满足中震弹性配筋。
图3-3和图3-4分别列举了该建筑的同一处子结构在三个模型中的截面尺寸和配筋情况。框架柱尺寸不变,框架梁尺寸为满足配筋要求做了相应增大。

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图3‑3 子结构构件截面(模型1、模型2、模型3)

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图3‑4 子结构构件配筋(模型1、模型2、模型3)

3.3 结果分析

提取模型1、模型2和模型3在小震、中震、大震和超大震下的最大层间位移角与消能器附加阻尼比等数据,如图3-5~3-6所示。

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图3‑5 最大层间位移角对比图

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图3‑6 消能器附加阻尼比对比图
由图3-5可知,随着子结构的加强,模型2和模型3与模型1的位移角差别较大,但模型2和模型3差距较小。
由图3-6可知,模型2的附加阻尼比最大,模型3次之,模型1最小。产生以上现象的原因是模型1子结构较弱,其传递效率降低,从而影响了阻尼器发挥作用;模型3子结构较强,导致该位置处变形较小;因此为确保阻尼器提供较好的阻尼比,子结构不宜做得过强也不宜做得过弱。
图3-7为ETABS软件中构件承载力与变形曲线,图中CP点对应的力即为构件的极限承载力,若软件中构件的塑性铰状态不超过CP则认为构件的地震效应不超过其极限承载力,否则反之。

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图3‑7 Etabs构件承载力与变形曲线

表3-3列出消能子结构时程分析的最终出铰情况,从图中可以看出,在罕遇地震作用下,模型2子结构框架柱损伤未到达IO状态,部分框架梁到达IO但未到达LS状态;模型3子结构框架柱和框架梁均未到达IO状态,说明模型2和模型3子结构构件大震效应均小于极限承载力,满足规范要求。

表3‑3 大震子结构损伤

模型2模型3

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4. 建议与讨论

现行规范对消能子结构的性能目标及设计方法的规定存在较大的差异。

建议采用小震弹性和中震不屈服对子结构进行包络设计,并通过大震弹塑性分析下子结构的损伤进行判别(如不超过中度损坏)。

消能子结构应当合理设计,过弱或过强都不好。子结构设计过弱会降低其传力效率,影响消能器发挥作用。子结构设计过强会难以实现配筋要求,且消能器难以发挥,还会阻碍减震技术的推广。

别让子结构成了减震设计的“拦路虎”。




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