安装阻尼器的削弱型梁柱刚性连接节点抗震性能分析

安装阻尼器的削弱型梁柱刚性连接节点抗震性能分析

裴晓磊

裴晓磊

中建二局第一建筑工程有限公司北京100000

摘要：过去工程施工的时候人们通常认为梁柱进行刚性焊接的话抗震性能会优异很多，但是在发生了地震的时候人们进行实地考察却发现这一结构的抗震性能其实不是很好，如果有着大量的钢框架节点，则会容易出现脆性破坏。文章根据此进行分析。

关键字：阻尼器；削弱性梁柱；刚性连接节点

1、前言

一直以来地震都是十分严重的地质灾害，会引发建筑结构的一系列破坏，发生地震的时候建筑的抗震性能会直接影响到人们的生命健康安全，因而有着十分重要的意义。文章分析了安装了阻尼器之后，削弱型梁柱的刚性连接节点表现出来的抗震性能。

2、削弱型节点的分类及研究现状

由于梁柱连接节点刚度的不同，可以将梁柱节点分为刚性连接，半刚性连接和柔性连接三种。而梁柱节点的刚性连接在多、高层钢结构建筑结构中使用最多。建筑结构抗震设计的目标是建筑结构在强地震作用下，梁柱连接节点处的承载能力要高于构件截面的承载能力，同时由梁柱连接节点处产生的塑性铰可以耗散地震的能量，从而保证建筑结构尽量少破坏并且不倒塌。但是通过对前述北岭和阪神大地震的震害分析可以看出：这两次地震中钢框架梁柱刚性连接节点的破坏均属于脆性破坏，也就是在梁柱连接节点处还远远没有进入塑性阶段，梁端焊缝连接处的承载力大大低于梁截面的承载力，从而在梁柱连接节点焊缝连接处产生裂纹，进而发生脆性破坏导致钢结构建筑物倒塌。因此，改善钢结构梁柱刚性连接节点的构造与性能显得很有必要。北岭地震和阪神地震后，美国提出通过加腋和加盖板来加强节点或者对梁截面局部削弱来改进节点。加强节点的目的是迫使塑性铰远离焊缝连接处，因为梁柱连接表面潜在的焊缝缺陷、应力集中等非常容易过早的产生裂缝。经过加强的节点通常可以表现出比较良好的抗震性能，但是加强节点肯定会增加工程的造价，而且通过大量焊缝加强的节点，可靠性极有可能降低。能与加强节点达到相同效果的是削弱型节点。削弱型节点是指对距离梁柱连接节点处有一定位置的梁截面进行局部削弱，但是不改变其它原有的构造。削弱型节点的设计思想是迫使在地震荷载作用下产生的塑性铰远离脆弱的节点焊缝连接处，而出现在梁削弱处，从而实现“强节点弱构件”、“强柱弱梁”的抗震设计思想。

3、软钢阻尼器

相互平行的数块不同形状钢板（X形、三角形、开孔形式等）和定位装置组成了加劲阻尼器耗能装置（ADAS），，一般安装在框架梁之间和人字形支撑的顶部。地震作用时，加劲阻尼器耗能装置在层间相对位移影响下会产生水平相对运动，地震输入的能量通过钢板的弹塑性变形而被耗散。该阻尼器的最大优点是，相同厚度处的各点将同时达到屈服使钢板材料的塑性性能得到充分发挥，耗能能力大大提高。两根较细的圆环钢棒组成了早期的圆环阻尼器，安装于X形支撑上，利用软钢的良好滞回变形耗能性能来工作。1983年Tyler等对钢棒制成的圆环阻尼器进行试验研究，结果表明其抗疲劳性能较差。1985年前苏联中央钢结构设计科学研究院哈萨克分院对由工字型钢制成的圆环阻尼器进行伪静力试验研究，结果显示该种阻尼器的单位绝对能容量和平均单循环能容量均很大，其耐久性和耗能能力随塑性变形的增大而降低。1996年刘伟庆等对安装有由扁钢制成的圆环阻尼器的钢筋混凝土框架结构也进行了伪静力试验，其结果表明该圆环阻尼器的强度和刚度退化较慢，退化幅度较小，耗能能力极强，且工作性能稳定。（YSPD）YSPD就是把厚度为t的钢隔板焊接在长度较短的方形管中，耗能系统由阻尼器和支持部组成，阻尼器和支持部用螺栓连接起来。阻尼器的刚度远小于支持部的刚度，这样可以使阻尼器在主体结构之前进入塑性变形阶段。当结构发生层间位移时，通过支持部将水平位移传给了阻尼器，使阻尼器产生了相对位移。在多遇地震下，剪切屈服板处于弹性状态，在罕遇地震下，剪切屈服板进入塑性状态，通过滞回耗能消耗地震能量，减小主体结构的位移。设计了4个系列试件。它们分别是反映铝合金滑动板与梁下翼缘之间的摩擦系数μ１变化的BF系列、开孔宽度Ｒ变化的BR系列、开孔距柱翼缘距离L变化的BL系列和开孔高度Ｈ变化的BH系列。各系列试件的具体参数取值如表1所示。为了进行对比分析。BF系列试件是为了研究铝合金滑动板与梁下翼缘的摩擦系数的变化对新型节点抗震性能的影响。该系列试件只是变化摩擦系数μ，其他参数的取值分别为：L=300mm，R=15mm，H=330mm，P=190kN。其中P为高强螺栓的预紧力。BR系列试件是为了研究开孔宽度的变化对新型节点抗震性能的影响。该系列试件除开孔宽度R变化外，其他参数均不变，其他参数的取值分别为：L=300mm，μ=0.5，H=330mm，P=190kN。BL系列试件是为了研究开孔距柱翼缘距离的变化对新型节点抗震性能的影响。该系列试件只是变化开孔距柱翼缘距离L，，其他参数的取值分别为：R=15mm，μ=0.5，H=330mm，P=190kN。BH系列试件是为了研究开孔高度的变化对新型节点抗震性能的影响。该系列试件只是变化开孔高度H变化，H的取值如表3.4所示，其他参数的取值分别为：L=300mm，μ=0.5，R=15mm，P=190kN。BP系列试件是为了研究高强螺栓预紧力的变化对新型节点抗震性能的影响。该系列试件只是变化开孔右边螺栓预紧力P，P的取值如表3.5所示（即第二章中有限元模拟的NO系列），其他参数的取值分别为：L=300mm，μ=0.487，R=15mm，H=330mm。

4、抗震性能的分析

BF系列试件是为了研究铝合金滑动板与梁下翼缘的摩擦系数的变化对新型节点抗震性能的影响。该新型节点系列试件与传统节点试件在循环荷载作用下的滞回曲线如下图3.3所示。从各试件的滞回曲线来看，虽然饱满度略有区别，但都比较饱满，表现出较好的滞回性能。BL系列试件是为了研究开孔距柱翼缘距离的变化对新型节点抗震性能的影响。该新型节点系列试件与传统节点试件在循环荷载作用下的滞回曲线。从各试件的滞回曲线来看，虽然饱满度略有区别，但都表现出较好的滞回性能。耗能减震技术的应用范围广泛，既适用于低层建筑，又适用于多层和高层建筑；既适用于普通钢筋混凝土结构，又适用于钢结构；既适用于新建工程，又适用于已有建筑物的抗震加固和改良。日本、美国、加拿大、意大利、墨西哥和新西兰等国家已经将耗能减震技术应用到实际建筑中，并且都取得了良好的减震效果。虽然耗能减震技术的研究和应用已经取得较大的进展，但还存在许多有待研究和解决的问题。

5、结束语

地震对于人们的生命安全有着十分直观的影响，而现有的抗震结构有一部分在实际应用的过程中并没有做到理想中的作用，文章就安装阻尼器的削弱型梁柱刚性连接节点抗震性能进行分析，希望可以帮助提高其抗震性能。

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