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消能减震加固技术

消能减震加固技术——不一样的建筑抗震加固

在某些情况下,消能减震技术与传统加固补强方案相比更具有优势,可以更好满足建筑的加固改造需要。

 消能减震加固技术 
采用消能减震加固技术是在现有建筑中安装适当数量的消能器。
当建筑遭遇地震作用时,消能器通过结构变形消耗建筑结构的振动能量,将部分建筑结构的动能转为热能消散掉,大大减少建筑结构本身的位移或变形,使原本不能满足承载能力和变形能力抗震目标的房屋达到预期的抗震目标,从而实现房屋的抗震加固目的。


消能减震加固前(左)后(右)示意图
消能器 
消能器是消能减震加固中的关键装置,它和相关的支撑或者连接构件组成消能部件,安装到现有建筑中,实现抗震加固的目的。
消能器通过内部材料或构件的摩擦、来回往复的变形(弹性、塑性或黏性)来耗散或吸收地震能量。包括位移相关型消能器、速度相关型消能器和复合型消能器。
 常见的消能减震装置
1.金属消能器
由各种不同特性金属材料元件或构件制成,利用金属元件或构件抵抗地震作用中发生弹塑性滞回变形耗散能量的减震装置。
2.摩擦消能器
由钢元件或构件、摩擦片和预压螺栓等组成,利用两个或两个以上元件或构件间相对位移时产生摩擦做功而耗散能量的减震装置。
3.屈曲约束支撑
由核心单元、外约束单元等组成,利用核心单元抵抗地震作用中发生拉、压弹塑性滞回变形耗散能量的减震装置。
屈曲约束支撑抗震加固
4.黏滞消能器
由缸体、活塞杆、活塞、黏滞材料等部分组成,利用活塞在黏滞介质中运动,产生与活塞运动速度相关的阻尼力,耗散地震输入结构中能量的减震装置。
5.黏弹性消能器
由黏弹性材料和约束钢板或圆( 方形或矩形)钢筒等组成,利用黏弹性材料间产生的剪切或拉压滞回变形来耗散能量的减震装置。
注:
消能减震技术在结构加固中的应用始于20世纪90年代末,还没有超过现有规范规定的建筑加固后续使用年限,消能器的实际使用年限还未得到验证,只能通过推算的方法预测消能器的使用年限。金属类消能器由于金属材料的稳定性比较明确,只要做好防腐蚀处理,满足加固后续使用年限是没有问题的。黏滞消能器中采用了高分子材料,存在一定耐久性问题,主要是密封件的老化,目前多数生产厂家保证的使用年限是30 年。
某商场顶层影剧院改造
消能减震加固采用软钢消能器和摩擦消能器加固
 加固目标 
消能减震加固和传统加固一样需要在抗震鉴定的基础上开展。
设防目标除了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的基本要求外,根据近年来房屋抗震设计更加精细化的发展趋势,特别提出采用性能化设计,以满足特殊建筑更优化的加固方案要求和更高的抗震设防目标 ;
性能化设计使房屋加固从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡,这种目标可以是针对房屋承重结构的,也可以是针对建筑内重要设备或者非承重构件的,从宏观震害角度可以分为完好无损坏、轻微损坏、中等破坏(一般加固即恢复使用)和不严重破坏(经过大修加固后可恢复使用)四个等级。
针对不同的预期目标设计不同的加固方案,在充分的论证后选择最佳加固方案。
消能减震加固施工前后变化
 消能部件维护 
为保证消能部件在地震作用下能正常发挥预定功能,确保建筑结构的安全,并为以后工程应用和标准修订积累经验,业主或房产管理部门应在建筑结构使用过程中进行维护管理。
定期检查是由物业部门对消能部件本身及其与建筑物连接的状况进行的正常检查,其目的是力求尽早发现可能的异常以避免消能部件不能正常使用。
消能器达到使用年限后应进行抽样检验,抽样率不小于 3%,当检验结果不合格时,应加大一倍数量进行检验,如检验结果仍不合格时,应进行全数检验,并对不合格的消能器进行更换。
当遭遇多遇地震时,结构变形较小,消能器位移也不大,通常不需要进行特别关注,只需增加一次常规检查即可。
当遭遇设防地震和罕遇地震后,消能器会发生较大变形,检查时应对消能器、支撑和连接节点进行认真检查。罕遇地震后还应对消能器进行抽检,检验内容由设计单位确定。
参考资料与图片:《建筑消能减震加固技术介绍》薛彦涛,《国际减灾日 | 校安工程,提高学校灾害风险防治能力》——微信公众号震知卓见。


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