预制装配式剪力墙结构设置摩擦阻尼器减震效果

摘 要：为使装配式剪力墙结构体系得到更加广泛的推广应用，保证剪力墙结构概念设计要求，提高预制剪力墻结构的延性，提出耗能竖缝装配式剪力墙结构。采用已有的“湿式设计”形成强水平缝，采用新型耗能摩擦阻尼器形成弱耗能竖缝。本文采用SAP2000有限元软件建立预制装配式剪力墙—摩擦阻尼器的数值分析模型，采用墙板平面内位移控制往复加载加载方式，使其达到一定的应变幅值，根据得到的滞回曲线来分析阻尼器的性能。

关键词：竖缝；摩擦阻尼器；初始刚度；耗能

1 引言

近年来，随着建筑技术的不断发展，贯彻节能环保理念，坚持建筑业的可持续发展是必然的趋势。在住宅产业化的理念中，装配式建筑充分贯彻绿色建筑的精髓，推广装配式建筑是当今建筑业的大势所趋。

装配式剪力墙结构中存在大量的接缝，预制装配式钢筋混凝土剪力墙结构的水平缝和竖向缝是结构的关键部位，水平缝传递竖向荷载、承受水平剪力，竖向缝传递相邻剪力墙片之间的剪力。当结构承受较小地震作用时，预制剪力墙与现浇墙几乎具有相同的性质；当结构承受较大荷载时，预制装配式剪力墙竖向结合面会产生微小变形和摩擦作用，使整体墙阻尼增加，延性增加，抗震性能会更好。从施工角度看，装配式结构中存在大量的竖缝，摩擦阻尼器的安装也会很方便，便于该结构的推广。

武藤清教授早在1965年就提出了带竖缝剪力墙的概念。这种带竖缝剪力墙改善了整体剪力墙的受力性能和机理，使剪力墙由受剪破坏转变成受弯破坏，在一定程度上提高了剪力墙的延性。

1999年清华大学叶列平等提出了一种新型双功能剪力墙，通过在带缝剪力墙中设连接键，使剪力墙具有较大的承载力和刚度，表现出良好的整体性。当受到强震作用时，连接键破坏首先退出工作，转变为带竖缝剪力墙受力，带缝剪力墙刚度较低，具有良好的延性，利于结构抗震。哈尔滨工业大学张耀春等认为带缝剪力墙板在弹性状态下有较大刚度，在弹塑性状态下又有较好的延性，是一种抗震性能较好的结构单元。其他研究者也研究了如组合填充耗能剪力墙及摇摆耗能剪力墙等新型带缝剪力墙结构，其滞回性能、延性均优于普通剪力墙结构。

通过在整体墙中设缝，改善了整体墙的变形能力、耗能能力和延性差等特点，但这易使墙体整体结构截面受到剥削，初期刚度和极限承载力降低较多，增加了正常使用荷载下结构的变形和裂缝宽度，降低结构的抗裂性能。

2 新型摩擦阻尼器的参数设计与有限元模型的建立

2.1 新型摩擦阻尼器的参数设计

若将阻尼器的肋板、垫板摩擦片看作刚体，则阻尼器在剪力达到接触面静摩擦力之前，相对位移一直为0，而一旦达到接触面静摩擦力，则接触面上保持为滑动摩擦力不变，而相对位移不受限制。因此，这时摩擦阻尼器的初始刚度为无限大，屈服力为接触面静摩擦力。摩擦阻尼器可以看成是一个刚塑性原件，但实际上阻尼器的的肋板、垫板摩擦片等由钢板制作，存在弹性变形。因此，在接触面达到最大静摩擦力之前，存在一定的弹性变形，初始刚度是有限值，即阻尼器转变成弹塑性体，这时在SAP2000模型结构分析中，可以将摩擦阻尼器利用plastic-wen单元代替。

按照如下的方法确定阻尼器的屈服力及初始刚度：（1）接触面上的法向压力为高强螺栓的拉力之和：N=nfA，屈服力为接触面最大静摩擦力，为简化假定接触面最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，即Fy=μN（2）根据材料力学公式计算初始刚度，可得初始刚度为K=GA/h。K=8000000N/mm， Fy=2880000N。

2.2 摩擦阻尼器有限元模型建立

采用SAP2000有限元软件建立新型摩擦阻尼器模型（剪力墙采用壳单元划分网格），使两个墙板发生弯曲变形，而使摩擦阻尼器发生剪切变形，当加载作用使阻尼器的相对位移超过屈服位移时，接触面开始产生相对滑动，发生耗能作用。

3 计算结果及分析

在相同屈服力及加载位移条件下，初始刚度越小，屈服位移越大，则阻尼器在屈服滑动后，摩擦力做功耗能的剩余位移就越小，若屈服位移大于加载作用产生的位移，则阻尼器不产生耗能。反之阻尼器初始刚度越大，滞回曲线越饱满，即耗能效果越好。因为初始刚度越大，阻尼器发生屈服时屈服位移越小，阻尼器较早地进入屈服-滑动摩擦耗能的阶段，这时阻尼器耗能的数量大。

在初始刚度相同时，若屈服力较大，则阻尼器屈服滑动后用于摩擦力做功的剩余位移较小，因此耗能的数量小。当加载作用产生的位移小于屈服位移时，阻尼器不发生屈服-滑动现象，即这时阻尼器处于弹性阶段不消耗任何能量。反之，当屈服力较小时，这时用于摩擦力做功的剩余位移较大，耗能数量较大，滞回曲线饱满。但是当屈服力进一步变小时，虽然屈服发生的试件较早，但是由于屈服力的数值较小，所以做功耗能的数量也小，即耗能效果反而变得不好。因此存在一个最优的起滑力，即最大静摩擦力-高强螺栓的预拉力。

摩擦阻尼器的尺寸参数要与预制墙拼装尺寸要求相配合，因此应该综合考虑以上的因素确定摩擦阻尼器的各项参数，并根据对小震、大震两种设防目标时结构地震动力反应分析结果，最后确定摩擦阻尼器-预装剪力墙的装配方案。

4 结论

（1）由加载作用产生的相对位移越大，则摩擦阻尼器的耗能效果越好。当预期的加载作用产生的相对位移过大时，则应考虑增加起滑力以提高阻尼器的耗能效率。

（2）当接触面起滑力一定时，初始刚度越大，摩擦阻尼器的耗能效果越好；当初始刚度一定时，起滑力过大或过小时，阻尼器的耗能效果都会劣化，存在一个最优的起滑力值使耗能效果达到最佳。

（3）在确定摩擦阻尼器-预制装配式剪力墙构造方案时，应该综合考虑各种因素的影响，并根据体系地震动力反应分析结果决定。

参考文献：

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