剪切型金属阻尼器在高层项目中应用

2022-09-21 16:46:35 来源:写作指导

摘要:针对剪切型金属阻尼器技术的相关内容进行整理,并以某工程项目为例,讨论了剪切型金属阻尼器技术参数、小震附加阻尼比,分析静力弹塑性、大震动力弹塑性、破坏形态、荷载-位移曲线等内容,通过研究优化规划设计方案、加强仿真实验分析、做好施工过程监督等注意事项,积累相应的设计经验,提升高层建筑运营过程的安全性。

关键词:剪切型金属阻尼器;静力弹塑性;破坏形态

金属阻尼器因具有屈服强度低、改善结构侧向刚度分布等优点,在高层建筑工程设计中得到了广泛应用。剪切型金属阻尼器作为常用的应用结构,通过整理剪切型金属阻尼器应用时需注意的内容,对于提升结构抗震性与稳固性有着积极作用。

1剪切型金属阻尼器技术分析

从实际应用情况来看,剪切型金属阻尼器技术在应用中具有以下优势:①剪切型金属阻尼器的初始刚度相对较高,能够在出现小震情况时进入屈服状态,从而具有了良好的耗能效果,在使用中能够为上部结构提供一定的应用刚度,而且也可以为整个结构提供相应的阻尼比;②此类结构的单体厚度较小,将其放置在隔墙当中并不会干扰到建筑结构的整体功能;③剪切型金属阻尼器在施工时可以采用后安装的方法进行作业,并不会对工程整体的施工进度产生过多影响。同时,剪切型金属阻尼器在使用中也具有以下不足:剪切型金属阻尼器在使用中会对隔墙结构产生相应影响,在使用中会由于墙体与阻尼器间隔过近导致一些裂缝问题,影响到整个施工结构的稳定性。

2工程项目概述

某高层项目总建筑面积约39万m2,由两栋塔楼及裙房组成。其中塔楼A结构高度为179m(41层),塔楼B结构高度为89m(20层)。两栋塔楼及东部裙房均属超限高层,尤其是东部裙房,为平面和竖向均特别不规则的超限高层。本工程建筑抗震设防类别为丙类,抗震设防烈度为7度(0.1g),设计地震分组为第一组,场地类别为Ⅳ类。塔楼B为钢筋混凝土框架-核心筒结构体系,核心筒底部加强区最大墙厚为550mm,并随楼层高度的增加而逐步减小为350mm。该结构存在楼层最大位移比大于1.2和两层楼板有限宽度小于该层典型宽度50%等超限情况,为提升建筑结构整体的抗震性能,选用剪切型金属阻尼器进行施工,以提高整体结构的稳固性。

3剪切型金属阻尼器的应用要点

3.1技术参数优化

参考该项目工程的应用特点,在应用时引入剪切型金属阻尼器进行施工,用来制作金属阻尼器的钢板力学参数如下:①钢板屈服强度为235MPa,满足≥225MPa的设计要求;②钢板极限强度为328MPa,满足≥300MPa的设计要求;③钢板延伸率为44%,满足≥40%的设计要求。在施工过程中,金属阻尼器会和连接支撑与主体结构连接在一起,因此在金属阻尼器的设计中也需要考虑结构x方向和y方向的技术参数,在该项目的施工中所使用金属阻尼器技术参数如下:①x轴方向,金属阻尼器的屈服力设计为400kN,结构初始刚度设计为500kN/mm,结构屈服位移为0.90mm,所设计外观尺寸为530mm×450mm×200mm;②y轴方向上的设计参数与x轴方向保持一致。

3.2小震附加阻尼比

在金属阻尼器应用前也需要做好小震附加阻尼比计算,根据该参数的计算结果可以确定需要消除的结构阻尼比,防止结构应力集中情况的发生。在具体的计算中,会使用到以下计算公式:k0=Σ(si/4πwi)(1)式中k0-表示所设置消能结构所对应的有效阻尼比,计量单位为%;si-表示第i个消能部件对应的滞回曲线面积,计量单位为mm;wi-表示消能部件结构在预期位移下的总应变能,计量单位为kN·mm。在对结构耗能面积进行合理化设计时,一般会利用平行四边形法则进行求解,同时将其他参数代入到公式中,以得到所需要的求解结果。结合该工程的基础特征,所计算的附加阻尼比结果如下:①x方向上,所设计金属阻尼器的耗能为513451.3kN·mm,结构的应变能为146321.1kN·mm,附加阻尼比为2.26%;②y方向上,所设计金属阻尼器的耗能为520151.1kN·mm,结构的应变能为153121.6kN·mm,附加阻尼比为2.33%,以满足模型应用后的稳固性要求。

3.3分析静力弹塑性分析

3.3.1能力-需求曲线。在对能力-需求曲线进行分析时,会建立相应的仿真实验,在实验中对x与y轴上的地震作用进行整理,以此来判断所设计结构的稳定性。在具体分析中,会使用SAP2000软件参与到分析活动中,分析方法为Pushover法,根据得到的反馈信息和预设好的塑性铰参数开展非线性分析,从而提高分析结果的合理性与可靠性。代入数据得到相应的Pushover曲线后,会使用等价处理转换的方法获取谱加速度-谱位移关系曲线,所得到的应用数据也会在同坐标系当中进行分析,此时便得到了地震作用下所产生的能力-需求谱曲线,根据所绘制的曲线可以发现,剪切型金属阻尼器在x轴与y轴方向上均具有良好的抗震性能,可在大地震作用下保持结构不倒塌,具有良好的应用价值。3.3.2塑性铰分布。在塑性铰分布分析中,也会使用SAP2000软件参与到分析活动中,分析方法为Pushover法,以此得到建筑工程塑性铰分布的相关曲线。根据得到的相应曲线可以得知,在结构进入到第四步时,此时建筑核心筒内部连梁部位开始出现塑性铰,在结构进入到第二十步时,此时产生的塑性铰会集中在局部连梁结构和核心筒墙体底部,但是建筑结构的外框并没有出现塑性铰,由此可见,此设计中的外框结构还具备较为富余的抗震性能,这样的结构也具备了良好的抗震性能,拥有良好的应用价值。

3.4大震动力弹塑性分析

3.4.1基底剪力。在基底剪力分析中,会在SAP2000软件中预设对比实验,一组为不添加阻尼器的建筑结构,一组为添加阻尼器的建筑结构,利用软件释放梯度地震波,根据反馈数据整理结构最大基底剪力数值。根据所整理的相应数据可以发现,未添加阻尼器的建筑结构,其基底剪力的最大数值为53612.56kN,而添加阻尼器的建筑结构,其基底剪力的最大数值为48963.43kN。根据此数据可以得知,剪切型金属阻尼器的使用,能够在一定程度上削减建筑结构的基底剪力,这样也使结构具有了较强的稳定性,以满足既定的抗震设计要求[1]。3.4.2顶点加速度。在顶点加速度分析中,也会在SAP2000软件中预设对比实验,一组为不添加阻尼器的建筑结构,一组为添加阻尼器的建筑结构,利用软件释放梯度地震波,查看不同情况下建筑结构顶点加速度的波动情况根据所整理的相应数据可以发现,未添加阻尼器的建筑结构,其顶点加速度的最大数值为3.356m/s2,而添加阻尼器的建筑结构,其顶点加速度的最大数值为2.536m/s2。根据此数据可以得知,剪切型金属阻尼器的使用,能够减少地震作用下建筑结构的摇摆幅度,这样在应用中也具备了更强的稳定性,以提升整个结构运行过程的稳定性[2]。

3.5破坏形态

在破坏形态分析中,预设不同荷载作用下阻尼器试件的破坏实验。在具体实验活动中会在耗能片表面雕刻0.1mm深度的网格线,以便于相干分析活动的顺利进行。对于没有进行优化处理的金属阻尼器结构,其破坏形态的外在表现耗能片的夹持部位会出现撕裂的情况,并且也具备了非常明显的螺栓滑移痕迹,而且构件当中也会出现局部扭曲问题。对于完成优化处理的阻尼器结构,其主要集中在试件的中部,表现为剪切交叉裂缝,主要原因是限位孔作用下出现了应力比较集中的情况,因此结合该项目的基本特点,在具体设计活动中也会选择取消该位置限位孔,采用其他的限位方法来提高整个结构的稳固性,以此来提高整个结构应用过程的稳定性[3]。

3.6荷载-位移曲线

除上述提到的分析内容外,在实际应用中也需要进行荷载-位移曲线的拟定。在荷载-位移曲线分析活动中,也会在SAP2000软件中预设不添加阻尼器和添加阻尼器的对比实验,利用软件释放梯度地震波,查看不同荷载情况下建筑结构位移的波动情况。根据所整理的相应数据可以发现,未添加阻尼器的建筑结构,建筑结构顶点处的水平位移数值为0.312m,而添加阻尼器的建筑结构,建筑结构顶点处的水平位移数值为0.219m。根据此数据可以得知,剪切型金属阻尼器的使用,可以减少结构在荷载作用下的位移数值,在不同荷载作用下剪切型金属阻尼器具备了良好的稳固性,拥有良好的使用价值[4]。

4剪切型金属阻尼器应用时的注意事项

4.1优化规划设计方案

优化规划设计方案,可以更好地发挥出剪切型金属阻尼器应用价值,提升整体应用结构的稳固性。在高层建筑施工过程中,为了提高整体结构的抗震性,需要在软件中预布设位置,过程中也需要做好位移曲线、基底剪力、应用强度等参数的分析工作,采取量化分析的方式确定结构中不稳定、应力集中的位置,及时采取措施对其进行处理,以此提高所设计方案的合理性[5]。另外,在设计方案执行过程中,也需要做好相应反馈参数的整合工作,并且根据得到的反馈结果及时变更施工方案内容,在论证变更后的可行性与可操作性后再进行使用,以此提高剪切型金属阻尼器应用效果。

4.2加强仿真实验分析

加强仿真实验分析,能够不断优化剪切型金属阻尼器应用时的相关参数,提高仿真实验结果的合理性。从目前的应用情况来看,在仿真实验中,SAP2000软件具有了良好的应用价值,在此软件的应用基础上,也可以通过引入智能技术、迭代算法等,对仿真实验环境进行优化,从而得到更加准确与可靠的分析数据[6]。并且在仿真实验应用中,也需要做好相应反馈数据的整理工作,从中筛选出有价值的分析数据,不断补充到仿真实验体系当中,这样也可以提升仿真结果的合理性,满足相应的使用要求。

4.3做好施工过程监督

做好施工过程监督,可以减少施工问题的发生概率,提高工程施工结果的可靠性。高层建筑中所使用的剪切型金属阻尼器尺寸和位置会根据建筑高度、当地基础条件进行确定,同时在具体施工过程中也会结合现场情况进行调整,以此提高整个施工过程的合理性,减少不确定因素带来的负面影响[7]。在工程具体施工中,需要对各节点施工参数进行整理,包括施工高度、整体荷载、节点连接情况等,在仿真软件辅助下做好施工论证,及时修改不适合的内容,并提示施工人员按照更改后的方案来执行,以此提高施工结果的可靠性。

5结语

综上所述,优化规划设计方案,可以更好地发挥出剪切型金属阻尼器应用价值,加强仿真实验分析,能够不断优化剪切型金属阻尼器应用时的相关参数,做好施工过程监督,可以减少施工问题的发生概率。通过采取恰当措施,优化剪切型金属阻尼器应用过程,对于提升剪切型金属阻尼器应用效果,提高高层建筑抗震性能与稳定性有着积极的促进意义。

参考文献:

[1]蒋文龙,孙国顺.剪切型金属阻尼器在竖向收进框架结构中的应用[J].有色金属设计,2020,47(03):54-59.

[2]王鑫,阮彩霞,祝新顺.一种十字形剪切金属阻尼器的设计及数值模拟[J].工程抗震与加固改造,2020,42(03):111-119.

[3]程卫红,肖从真.布置剪切型金属阻尼器框架结构的反应谱分析方法讨论[J].建筑科学,2019,35(11):7-12.

[4]梁万宇.剪切型金属阻尼器在某高层项目中的应用[J].建筑结构,2019,49(S1):403-407.

[5]王惠民,赵帅,吴仕楠.剪切型金属阻尼器在不规则建筑上的抗震性能研究[J].中国水运(下半月),2018,18(12):242-243+246.

[6]张令心,朱柏洁,王涛.形状优化的菱形开孔剪切型金属阻尼器减震性能[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2018,34(04):655-665.

作者:杨宝玉 单位:中交二公局第五工程有限公司