第六章消能減震部件的連接及構(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)點的一般要求6.2 常見連接與節(jié)點形式6.3 連接設(shè)計的計算6.4 構(gòu)造要求6.1 連接與節(jié)點的一般要求 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，實現(xiàn)預(yù)期減震目標(biāo)。消能器的連接應(yīng)與計算模型相符，消能器的連接應(yīng)保證足夠的強度，不應(yīng)先于消能器失效。具體設(shè)計中，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)點板的設(shè)計承載力應(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)計為以下對應(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)計速度下對應(yīng)阻尼力的1.2倍。 消能器的連接應(yīng)保證良

2、好的穩(wěn)定性良好的穩(wěn)定性，特別對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給出了實驗室中屈曲約束支撐由于端部設(shè)計不合理而出現(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)中的變形將無法通過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)χ黧w結(jié)構(gòu)的抗震性能產(chǎn)生不良影響。例如，采用墻柱連接的時候，如果不能保證墻柱和周邊框架柱之間足夠的變形縫，將可能使周邊框架柱在地震中稱為“短柱”，出

3、現(xiàn)剪切破壞。6.2 常見連接與節(jié)點形式 實際工程中，消能器與主體結(jié)構(gòu)最常見的連接包括：支撐型、墻型、柱型、門架式和腋撐型等，如圖6-2所示。 消能器與支撐及連接件的連接方式分為：高強螺栓連接、銷軸連接和焊接連接，見圖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，應(yīng)保證相連節(jié)點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)場節(jié)點連接案例。 筒式黏滯消能器與連接件之間的連接同城采用一端銷軸連接，另一端采用法蘭連接，見圖6-5。 黏彈性消能器通常通過支墩（墻柱）與主體結(jié)構(gòu)連接，如圖6-

4、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)點在施工過程中的案例。 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)點板應(yīng)具有足夠的剛度、強度和穩(wěn)定性。同時在相應(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)點板在支撐力作用下具有足夠的承載力和剛度，同時還應(yīng)采取增加節(jié)點板厚度或設(shè)置加勁肋等措施防止節(jié)點板發(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

5、消能器在結(jié)構(gòu)變形過程中發(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。因此無論是新建消能器減震結(jié)構(gòu)，還是采用消能減震進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)計計算 消能器與主體結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計包括三部分：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)計計算主要涉及流程如右圖所示：步驟一：提取連接設(shè)計相關(guān)參數(shù)步驟一：提取連接設(shè)計相關(guān)參數(shù)步驟一：提取連接設(shè)計相關(guān)參數(shù)步驟一：提取連接設(shè)計相關(guān)參數(shù)步驟一：提取連接設(shè)計相關(guān)參數(shù)設(shè)計開始設(shè)計結(jié)束6.3.1 提取連接件設(shè)計相關(guān)數(shù)據(jù) 消能器節(jié)點設(shè)計需要兩個

6、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）計算用層高：梁底到露樓面的距離。 （2）計算用跨度：柱子與柱子間凈距。 （3）結(jié)構(gòu)的梁柱尺寸。6.3.2 消能器與連接板的連接計算消能器與連接板的連接可以采用螺栓連接和焊縫連接。考慮到施工質(zhì)量的可控性和地震后消能器

7、的可更換性，宜采用高強螺栓連接。以下針對工程中最常用的屈曲約束支撐和軟鋼剪切消能器說明采用螺栓連接的設(shè)計方法。1.屈曲約束支撐與連接板連接的計算屈曲約束支撐與連接板連接的計算首先確定螺栓個數(shù)：（1）節(jié)點的作用力F=極限力1.2。（2）根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003）的7.2.2款，單個高強螺栓抗剪強度設(shè)計值如下：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 . 0PnNfv（3）高強螺栓個數(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

8、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翼緣錯開布置，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)；對于噸位較大的消能器，節(jié)點螺栓數(shù)量較多的情況，多采用梅花形式布置，見圖6-10。2.軟鋼剪切消能器與連接板的計算軟鋼剪切消能器與連接板的計算常見的軟鋼剪切阻尼器與連接板的連接形式如圖6-

9、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螺栓群除產(chǎn)生剪力外，還會產(chǎn)生彎矩平面內(nèi)的彎矩，應(yīng)對螺栓群的受力進行詳細驗算。螺栓布置情況見圖6-12 。（1）螺栓群的剪力設(shè)計值V和彎矩設(shè)計值M如下：V=極限力1.2M=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)螺栓的剪力計算如下：取螺栓群的中心為坐標(biāo)原點，長向為Y軸，短向為X軸，建立平面直角坐標(biāo)系，如圖6-13所示。則最外側(cè)螺栓受到的剪力為坐標(biāo)。和個螺栓的分別為第和式中，)66()56(22112211yxiyxyxMxNyxMyNiiiiTyiiTx（3）剪力作用下單個螺栓的剪力為（4）最外側(cè)螺栓

10、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數(shù)式中，nnVNVy)76(1設(shè)計值。為單個螺栓抗剪承載力式中bVbVVyTyTxNNNNNN)86()()(2112116.3.3 連接板與預(yù)埋件的連接計算對消能器與主體結(jié)構(gòu)的連接應(yīng)予以足夠的重視。只有進行正確的連接設(shè)計，才能保證消能器在地震作用下正常工作，從而實現(xiàn)預(yù)期的減震目標(biāo)。一般情況下連接板與預(yù)埋板連接的焊縫長度都遠大于消能器作用力所需要的焊縫長度，如果施工現(xiàn)場采用雙面坡口焊，通常無需進行焊縫驗算。在連接板尺寸較小的情況下，可以按照焊縫計算方法進行焊縫承載力的驗算。6.3.4 預(yù)埋板與主體結(jié)構(gòu)的連接計算預(yù)埋板與主體結(jié)構(gòu)的連接

11、分為預(yù)埋鋼筋連接和高強錨栓連接，分別對應(yīng)新建建筑和加固建筑（見圖6-14），兩者的計算方法基本相同。本節(jié)針對工程中最常用的屈曲約束支撐和軟鋼剪切阻尼器說明預(yù)埋板與主體結(jié)構(gòu)的連接計算。1.屈曲約束支撐與預(yù)埋板的連接計算屈曲約束支撐與預(yù)埋板的連接計算（1）作用力設(shè)計值 F=極限力1.2（2）對作用力F進行分解（見圖6-15）夾角。為消能器軸線與地面的式中，)126(cos,sin)116(cos,sin)106(,2222111121122121FFFFFFFFFdddFFdddFHVHV（3）通常采用高強螺栓連接，水平向梁上埋板螺栓個數(shù)計算如下：螺栓個數(shù)：（4）豎向柱子預(yù)埋件螺栓個數(shù)計算螺栓個數(shù)

12、：力設(shè)計值。分別為抗拉和抗剪承載和式中，）13-6（111bVbtbVbtVbVHbtNNNNFNFNn和抗剪承載力設(shè)計值。分別為單個螺栓的抗拉和其中，bvbtbvbtVbtHbvNNFNFNnNN)146(2222.軟鋼剪切消能器埋板預(yù)埋鋼筋的受力計算軟鋼剪切消能器埋板預(yù)埋鋼筋的受力計算 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)埋鋼筋同時承擔(dān)剪力和拉力，計算時需考慮這兩個力的合力對預(yù)埋鋼筋造成的影響。（1）預(yù)埋鋼筋的布置（見圖6-16）（2）預(yù)埋板剪力設(shè)計值和彎矩設(shè)計值如下：（3）彎矩M作用下最外側(cè)預(yù)埋鋼筋的抗拉計算取最左邊兩根鋼筋中心為坐標(biāo)原

13、點，水平向為Y向，豎向為X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，）（極限力22)166(M1562 . 1hhVV（4）剪力V作用下單根鋼筋抗剪計算（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，yiymmymMyNitit; 217-6N)176(1112為預(yù)埋鋼筋的個數(shù)。式中，nnVNv)186( 和抗剪承載力設(shè)計值。分別為預(yù)埋鋼筋的抗拉和式中，bvbtbvvbttNNNNNN)196(1)()(221 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，具體計算方法應(yīng)參考混凝土結(jié)構(gòu)后錨固

14、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)通過新增混凝土墻體來連接。新增墻體的截面計算可手算復(fù)核或利用計算工具（如：理正工具箱等）驗算截面的抗彎、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。的計算和bvbtNN 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力偶作用，需要驗算墻體兩端處的結(jié)構(gòu)原梁截面，可手算復(fù)核或利用計算工具（如理正工具箱等）驗算截面抗彎、抗剪承載力，原梁計算簡化模型如圖6-19所示。6.3.5節(jié)點施工圖消能器的節(jié)點施工圖包括以下幾個方面的內(nèi)容：（1）消能器的設(shè)計說明；（2）消能器的平面布置圖；（3）消能器的安裝節(jié)點詳圖。6.4構(gòu)造要求 消能器的附加內(nèi)力通過預(yù)埋件、支撐和剪力墻（支墩）傳遞給主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件，要求預(yù)埋件、