第六章消能減震部件的連接與構(gòu)造

1、第六章 消能減震部件的連接與構(gòu)造 6.1 連接與節(jié)點(diǎn)的一般要求 6.2 常見(jiàn)連接與節(jié)點(diǎn)形式 6.3 連接設(shè)計(jì)的計(jì)算 6.4 構(gòu)造要求 6.1 連接與節(jié)點(diǎn)的一般要求 消能器與主體結(jié)構(gòu)的連接非常重要，正確的連接能保證地 震作用下消能器的正常工作，實(shí)現(xiàn)預(yù)期減震目標(biāo)。消能器 的連接應(yīng)與計(jì)算模型相符，消能器的連接應(yīng)保證足夠的強(qiáng) 度，不應(yīng)先于消能器失效。具體設(shè)計(jì)中，與消能器或消能 部件相連的預(yù)埋件、支撐和支墩（剪力墻）及節(jié)點(diǎn)板的設(shè) 計(jì)承載力應(yīng)按以下要求取值： （1）位移相關(guān)型消能器：不應(yīng)小于消能器在設(shè)計(jì)為以 下對(duì)應(yīng)阻尼力的1.2倍； （2）速度相關(guān)型消能器：不應(yīng)小于消能器在設(shè)計(jì)速度 下對(duì)應(yīng)阻尼力的1.2倍

2、。 消能器的連接應(yīng)保證良好的穩(wěn)定性良好的穩(wěn)定性，特別對(duì)目前廣泛使用 的支撐型消能器，如屈曲約束支撐、黏彈性消能器支撐、 黏滯消能器支撐等尤其重要。圖6-1給出了實(shí)驗(yàn)室中屈曲 約束支撐由于端部設(shè)計(jì)不合理而出現(xiàn)局部失穩(wěn)破壞的圖片。 消能器的連接部件應(yīng)具有足夠的剛度足夠的剛度。連接部件的剛度 太弱，結(jié)構(gòu)中的變形將無(wú)法通過(guò)連接部件集中到消能器中， 導(dǎo)致消能器效率降低。 消能器的連接與節(jié)點(diǎn)不應(yīng)影響主體的結(jié)構(gòu)的變形能力不應(yīng)影響主體的結(jié)構(gòu)的變形能力。不 合理的連接構(gòu)造不僅影響消能器發(fā)揮作用，甚至?xí)?duì)主體結(jié) 構(gòu)的抗震性能產(chǎn)生不良影響。例如，采用墻柱連接的時(shí)候， 如果不能保證墻柱和周邊框架柱之間足夠的變形縫，將

3、可能 使周邊框架柱在地震中稱為“短柱”，出現(xiàn)剪切破壞。 6.2 常見(jiàn)連接與節(jié)點(diǎn)形式 實(shí)際工程中，消能器與主體結(jié)構(gòu)最常見(jiàn)的連接包括：支撐 型、墻型、柱型、門(mén)架式和腋撐型等，如圖6-2所示。 消能器與支撐及連接件的連接方式分為：高強(qiáng)螺栓連接、 銷(xiāo)軸連接和焊接連接，見(jiàn)圖6-3.考慮震后消能器的可更換 性以及施工質(zhì)量可控性，宜采用螺栓連接。當(dāng)采用螺栓連 接時(shí)，應(yīng)保證相連節(jié)點(diǎn)的螺栓在罕遇地震下不發(fā)生滑移。 屈曲約束支撐與連接板之間的連接多采用螺栓連接或焊接， 圖6-4位采用螺栓連接的屈曲約束支撐現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)連接案例。 筒式黏滯消能器與連接件之間的連接同城采用一端銷(xiāo)軸連 接，另一端采用法蘭連接，見(jiàn)圖6-5。

4、黏彈性消能器通常通過(guò)支墩（墻柱）與主體結(jié)構(gòu)連接，如 圖6-6所示。 剪切軟鋼消能器與主體結(jié)構(gòu)的連接方式與黏彈性消能器相 似，圖6-7為軟鋼消能器連接節(jié)點(diǎn)在施工過(guò)程中的案例。 為保證消能器的變形絕大部分發(fā)生在消能器上，與消能器 相連的預(yù)埋件、支撐和支墩（墻柱）及節(jié)點(diǎn)板應(yīng)具有足夠 的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。同時(shí)在相應(yīng)的消能器極限位移或 極限速度的阻尼力作用下，與消能器連接的支撐、墻（支 墩）應(yīng)處于彈性界限以內(nèi)；消能器部件與主體結(jié)構(gòu)連接的 預(yù)埋件、節(jié)點(diǎn)板等也應(yīng)處于彈性工作狀態(tài)，且不應(yīng)出現(xiàn)滑 移、拔出和局部失穩(wěn)等破壞。節(jié)點(diǎn)板在支撐力作用下具有 足夠的承載力和剛度，同時(shí)還應(yīng)采取增加節(jié)點(diǎn)板厚度或設(shè) 置加勁肋等

5、措施防止節(jié)點(diǎn)板發(fā)生面外失穩(wěn)破壞。 消能器部件屬于非承重構(gòu)件，其功能僅用于保證 消能器在結(jié)構(gòu)變形過(guò)程中發(fā)揮耗能作用，而不是 承擔(dān)結(jié)構(gòu)的豎向荷載作用，即增設(shè)消能器不改變 主體結(jié)構(gòu)的豎向受力體系。因此無(wú)論是新建消能 器減震結(jié)構(gòu)，還是采用消能減震進(jìn)行抗震加固的 既有結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)都必須滿足豎向承載力的要 求！ 6.3 連接設(shè)計(jì)計(jì)算 消能器與主體結(jié) 構(gòu)的連接設(shè)計(jì)包 括三部分：消能 器與連接板的連 接；連接板與預(yù) 埋件的連接；預(yù) 埋件與主體結(jié)構(gòu) 的連接。消能器 連接的設(shè)計(jì)計(jì)算 主要涉及流程如 右圖所示： 步驟一：提取連接設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù) 步驟一：提取連接設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù) 步驟一：提取連接設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù) 步驟一：提取

6、連接設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù) 步驟一：提取連接設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù) 設(shè)計(jì)開(kāi)始 設(shè)計(jì)結(jié)束 6.3.1 提取連接件設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù) 消能器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)需要兩個(gè)方面的數(shù)據(jù)；消能器相關(guān)參數(shù) 和消能器安裝位置處的主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件信息。 1.消能器的相關(guān)信息消能器的相關(guān)信息 （1）消能器本身參數(shù)：如，軟鋼剪切消能器的屈服荷載、 屈服位移、極限荷載、極限位移等。 （2）消能器的平面布置：消能器的位置、數(shù)量及布置形式 等。 （3）消能器的產(chǎn)品尺寸：如，屈曲約束支撐的外套筒尺 寸、端頭形式及尺寸等。 2.消能器安裝的位置子框架信息消能器安裝的位置子框架信息 （1）計(jì)算用層高：梁底到露樓面的距離。 （2）計(jì)算用跨度：柱子與柱子間凈距。 （3）結(jié)

7、構(gòu)的梁柱尺寸。 6.3.2 消能器與連接板的連接計(jì)算 消能器與連接板的連接可以采用螺栓連接和焊縫連接?？紤] 到施工質(zhì)量的可控性和地震后消能器的可更換性，宜采用高 強(qiáng)螺栓連接。以下針對(duì)工程中最常用的屈曲約束支撐和軟鋼 剪切消能器說(shuō)明采用螺栓連接的設(shè)計(jì)方法。 1.屈曲約束支撐與連接板連接的計(jì)算屈曲約束支撐與連接板連接的計(jì)算 首先確定螺栓個(gè)數(shù)： （1）節(jié)點(diǎn)的作用力F=極限力1.2。 （2）根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）的7.2.2 款，單個(gè)高強(qiáng)螺栓抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值如下： 式中：nf為傳力摩擦面數(shù)；為摩擦抗滑移系數(shù)，應(yīng)按表6-1 采用；P為螺栓的預(yù)拉應(yīng)力，應(yīng)按表6-2采用。 ）（1-69

8、 . 0PnN fv （3）高強(qiáng)螺栓個(gè)數(shù)n為 nF/Nv 式中n取正整數(shù)。 然后考慮螺栓的布置方式。根據(jù)屈曲約束支撐產(chǎn)品端頭形式 的不同，屈曲約束支撐與連接板螺栓的布置形式也有所不同。 以屈曲約束為例，屈曲約束支撐的端頭一般有十字型和工字 型兩種截面，如圖6-9所示。 十字型螺栓的布置一般都沿十字截面的四個(gè)翼緣錯(cuò)開(kāi)布置， 螺栓間距一般為100120mm，并用夾板連接，夾板的寬度 3d0(d0為螺栓孔的直徑)。 工字型截面的螺栓一般布置在翼緣和腹板處。對(duì)于小噸位的 消能器，也可采用與十字型截面類似的布置方式，螺栓間距 為100120mm ，螺栓排距3d0，邊距1.5d0(d0為螺栓孔的 直徑)；

9、對(duì)于噸位較大的消能器，節(jié)點(diǎn)螺栓數(shù)量較多的情況， 多采用梅花形式布置，見(jiàn)圖6-10。 2.軟鋼剪切消能器與連接板的計(jì)算軟鋼剪切消能器與連接板的計(jì)算 常見(jiàn)的軟鋼剪切阻尼器與連接板的連接形式如圖6-11所示。 與屈曲約束支撐和連接板的連接不同，軟鋼剪切消能器的剪 力對(duì)螺栓群除產(chǎn)生剪力外，還會(huì)產(chǎn)生彎矩平面內(nèi)的彎矩，應(yīng) 對(duì)螺栓群的受力進(jìn)行詳細(xì)驗(yàn)算。 螺栓布置情況見(jiàn)圖6-12 。 （1）螺栓群的剪力設(shè)計(jì)值V和彎矩設(shè)計(jì)值M如下： V=極限力1.2 M=Vh1 式中，h1為消能器中心到螺栓群中心的距離。 （2）扭矩作用下最外側(cè)螺栓的剪力計(jì)算如下：取螺栓群的 中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，長(zhǎng)向?yàn)閅軸，短向?yàn)閄軸，建立平面直角

10、坐 標(biāo)系，如圖6-13所示。 則最外側(cè)螺栓受到的剪力為 坐標(biāo)。和個(gè)螺栓的分別為第和式中， )66( )56( 22 1 1 22 1 1 yxiyx yx Mx N yx My N ii ii T y ii T x （3）剪力作用下單個(gè)螺栓的剪力為 （4）最外側(cè)螺栓在扭矩和剪力作用下所受合力N1應(yīng)滿足下 式： 。為螺栓群中螺栓的個(gè)數(shù)式中，n n V N V y )76( 1 設(shè)計(jì)值。為單個(gè)螺栓抗剪承載力式中 b V b V V y T y T x N NNNNN)86()()( 2 11 2 11 6.3.3 連接板與預(yù)埋件的連接計(jì)算 對(duì)消能器與主體結(jié)構(gòu)的連接應(yīng)予以足夠的重視。只有進(jìn)行正 確的

11、連接設(shè)計(jì)，才能保證消能器在地震作用下正常工作，從 而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的減震目標(biāo)。一般情況下連接板與預(yù)埋板連接的 焊縫長(zhǎng)度都遠(yuǎn)大于消能器作用力所需要的焊縫長(zhǎng)度，如果施 工現(xiàn)場(chǎng)采用雙面坡口焊，通常無(wú)需進(jìn)行焊縫驗(yàn)算。在連接板 尺寸較小的情況下，可以按照焊縫計(jì)算方法進(jìn)行焊縫承載力 的驗(yàn)算。 6.3.4 預(yù)埋板與主體結(jié)構(gòu)的連接計(jì)算 預(yù)埋板與主體結(jié)構(gòu)的連接分為預(yù)埋鋼筋連接和高強(qiáng)錨栓連接， 分別對(duì)應(yīng)新建建筑和加固建筑（見(jiàn)圖6-14），兩者的計(jì)算方 法基本相同。本節(jié)針對(duì)工程中最常用的屈曲約束支撐和軟鋼 剪切阻尼器說(shuō)明預(yù)埋板與主體結(jié)構(gòu)的連接計(jì)算。 1.屈曲約束支撐與預(yù)埋板的連接計(jì)算屈曲約束支撐與預(yù)埋板的連接計(jì)算 （1）

12、作用力設(shè)計(jì)值 F=極限力1.2 （2）對(duì)作用力F進(jìn)行分解（見(jiàn)圖6-15） 夾角。為消能器軸線與地面的式中， )126(cos,sin )116(cos,sin )106(, 2222 1111 21 1 2 21 2 1 FFFF FFFF F dd d FF dd d F HV HV （3）通常采用高強(qiáng)螺栓連接，水平向梁上埋板螺栓個(gè)數(shù)計(jì) 算如下： 螺栓個(gè)數(shù)： （4）豎向柱子預(yù)埋件螺栓個(gè)數(shù)計(jì)算 螺栓個(gè)數(shù)： 力設(shè)計(jì)值。分別為抗拉和抗剪承載和式中， ）13-6（ 11 1 b V b t b V b t V b VH b t NN NN FNFN n 和抗剪承載力設(shè)計(jì)值。分別為單個(gè)螺栓的抗拉和其中

13、， b v b t b v b t V b tH b v NN FNFN n NN )146( 22 2 2.軟鋼剪切消能器埋板預(yù)埋鋼筋的受力計(jì)算軟鋼剪切消能器埋板預(yù)埋鋼筋的受力計(jì)算 軟鋼剪切消能器埋板預(yù)埋鋼筋不僅承擔(dān)消能器的剪力V，還 承擔(dān)剪力V產(chǎn)生的平面內(nèi)彎矩M。埋板預(yù)埋鋼筋同時(shí)承擔(dān)剪 力和拉力，計(jì)算時(shí)需考慮這兩個(gè)力的合力對(duì)預(yù)埋鋼筋造成的 影響。 （1）預(yù)埋鋼筋的布置（見(jiàn)圖6-16） （2）預(yù)埋板剪力設(shè)計(jì)值和彎矩設(shè)計(jì)值如下： （3）彎矩M作用下最外側(cè)預(yù)埋鋼筋的抗拉計(jì)算 取最左邊兩根鋼筋中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平向?yàn)閅向，豎向?yàn)閄 向建立直角坐標(biāo)系（圖6-17） 面的距離。為消能器中心到埋板表式中

14、， ）（極限力 2 2 )166(M 1562 . 1 h hV V （4）剪力V作用下單根鋼筋抗剪計(jì)算 （5）最外側(cè)預(yù)埋鋼筋在拉力和剪力的合力作用下，需滿足 下式： 坐標(biāo)。排螺栓的為第中為預(yù)埋鋼筋行數(shù)，圖 力；為彎矩作用下鋼筋的拉其中， yiymm ym My N i t i t ; 217-6 N )176( 1 1 1 2 為預(yù)埋鋼筋的個(gè)數(shù)。式中，n n V Nv)186( 和抗剪承載力設(shè)計(jì)值。分別為預(yù)埋鋼筋的抗拉和式中， b v b t b v v b t t NN N N N N )196(1)()( 22 1 應(yīng)考慮預(yù)埋鋼筋破壞和錨固區(qū)混凝土破壞這兩 種情況，具體計(jì)算方法應(yīng)參考混凝

15、土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程（ JGJ 145-2004）和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)埋件 （04G632）的 附錄G。 另外，軟鋼剪切消能器埋板與原結(jié)構(gòu)通過(guò)新增混凝土墻體來(lái)連 接。新增墻體的截面計(jì)算可手算復(fù)核或利用計(jì)算工具（如：理正 工具箱等）驗(yàn)算截面的抗彎、抗剪承載力。配筋形式采用兩端設(shè) 置構(gòu)造柱、中間按墻體配筋的做法。具體形式如圖6-18所示。 的計(jì)算和 b v b t NN 放置軟鋼剪切消能器位置的結(jié)構(gòu)原梁受到與消能器連接墻 體的一對(duì)力偶作用，需要驗(yàn)算墻體兩端處的結(jié)構(gòu)原梁截面， 可手算復(fù)核或利用計(jì)算工具（如理正工具箱等）驗(yàn)算截面抗 彎、抗剪承載力，原梁計(jì)算簡(jiǎn)化模型如圖6-19所示。 6.3.5節(jié)點(diǎn)施工圖 消能器的節(jié)點(diǎn)施工圖包括以下幾個(gè)方面的內(nèi) 容： （1）消能器的設(shè)計(jì)說(shuō)明； （2）消能器的平面布置圖； （3）消能器的安裝節(jié)點(diǎn)詳圖。 6.4構(gòu)造要求 消能器的附加內(nèi)力通過(guò)預(yù)埋件、支撐和剪力墻（支墩）傳 遞給主體結(jié)構(gòu)