王 迪，杨德健，吴慧福

（天津城建大学 天津市土木建筑结构防护与加固重点实验室，天津 300384）

装配式结构的节点连接是结构的重点也是薄弱点，仅通过增强节点本身的抗震性能效果有限，因此国内外学者通过消能减震技术与装配式结构结合来提高节点的抗震能力.Loss 等人通过将钢材与模板结合，研究出一种新型的预制剪力墙构件[1]，这种新型预制剪力墙的节点不仅耗能和强度与现浇节点相近，且质量轻、延性好.钟全等人[2]研究预制装配式混凝土框剪结构的整体抗震性能，研究表明，装配式结构的薄弱点大多在构件连接的各个节点附近，在设计时应着重考虑，避免因节点薄弱处的提前屈服而造成结构整体的损坏.广州大学的众多学者[3-6]提出了一种新型的预制装配式减震结构，即将阻尼器安装在梁柱构件的节点处，这种新型的阻尼器能够有效地保护结构节点.肖亚明等人[7]对一座装配式的钢框架结构进行了消能减震设计，以斜支撑的形式在结构的节点安装了黏滞阻尼器.黄臻等人[8]将装配式结构和同尺寸的现浇结构的抗震性能进行了对比，结果表明，将阻尼器安装在梁柱节点能有效防止结构因构件发生相对滑移而造成损坏，此外阻尼装置还能提高结构整体的延性.

在前人研究的基础上，本文用SAP2000 分别建立一座12 层的预制装配式钢筋混凝土框架结构和同尺寸的普通现浇结构，对装配式框架结构梁柱节点进行了两种阻尼器的设计，并对这3 种结构进行多遇和罕遇地震下的动力时程分析，研究结构位移响应规律.

1 装配式结构模型

1.1 模型的建立

某预制装配式混凝土框架结构，主体地上12 层，地下0 层，首层层高4.2 m，其余每层层高均为4 m，结构整体高48.2 m，结构横向五跨每跨长7 m，结构主体总长35 m，纵向三跨，每跨宽7 m，结构主体总宽21 m.其平面布置图，及梁柱尺寸如图1a 所示.结构的柱子混凝土强度等级取C30，梁、板的混凝土强度等级取C25.其荷载布置如下：标准层的梁设置8 kN/m2均布荷载，顶层边梁设置2 kN/m2均布荷载；楼板均为恒荷载布置，除顶层6 kN/m2外，其余每层为5 kN/m2；活荷载按标准取值：1～11 层 2 kN/m2，顶层 0.5 kN/m2.该结构所处场地设防烈度为8 度，场地类型为Ⅱ类，设计基本地震加速度值为0.3 g.结构的三维模型图如图1b 所示.

图1 结构平面布置图和有限元模型图

1.2 阻尼器的布置

模型中阻尼器选用扇形铅黏弹性阻尼器（简称SLVD），该阻尼器主要由薄钢板、约束钢板、铅芯和黏弹性材料组成，其尺寸参考文献[9]，其布置位置参考文献[10]中“T”字型布置于结构的梁柱节点处.阻尼器采用Damper 单元模拟，阻尼器相关设计参数如表1所示，阻尼器简图如图2 所示.

装配式框架结构A 方案（简称：装配A 方案）：在装配式框架结构最外侧梁柱节点处安装扇形铅黏弹性阻尼器，每层44 个，共528 个.装配A 方案简易布置图如图3 所示.

表1 阻尼器设计参数

装配式框架结构B 方案（简称：装配B 方案）：在装配A 方案的基础上，在相对薄弱层4～8 层加增同种阻尼器，每层增加32 个，共增加了160 个阻尼器，阻尼器的安装方式不变.装配B 方案简易布置图如图4所示.

图2 扇形铅黏弹性阻尼器轴侧及剖面效果

图3 装配A 方案阻尼器布置简图

图4 装配B 方案阻尼器布置简图

1.3 地震波的选取

本工程场地的地震设防烈度为8 度，场地类别为Ⅱ类，设计基本地震加速度值为0.3 g，选取EL-Centro波进行动力时程分析.加速度峰值、时间间隔和持续时间如表2 所示.将EL-Centro 波加速度峰值调整至八度多遇下的70 cm/s2，EL-Centro 波的加速度时程曲线如图5 所示.

表2 EL-Centro 波参数

图5 EL-Centro 波加速度时程曲线

2 动力响应分析

2.1 结构模态分析

为了验证模型建立的合理性以及确定结构的自振特性，对现浇框架结构和在梁柱节点处安装有扇形铅黏弹性阻尼器的预制装配式混凝土框架结构进行模态分析，得出二者前六阶振型特征，其自振周期和频率如表3 所示，结构的前三阶振型图如图6 所示.

表3 两种结构自振周期和频率

由表3 中数据可知，普通现浇结构的第一阶振型的频率为0.53 Hz，装配式框架减震结构的频率为0.47 Hz，表明现浇结构的初始刚度大于装配式结构，整体性较好.相对于普通现浇结构，预制装配式框架减震结构的平动频率较小，周期较大，表明减震设计能够有效延长结构的自振周期.

图6 现浇结构和装配式结构的前三阶振型

由图6 可以看出，二者前两阶振型分别为先沿Y轴平动，再沿X 轴平动，随后第三阶振型沿Z 轴扭转，符合一般结构的振型规律，其X 向和Y 向的侧向刚度接近，符合设计要求.

2.2 位移响应分析

结构在EL-Centro 波作用下的层间位移响应如图7 所示.

图7 EL-Centro 波作用下结构的位移响应和位移优化率

由图7a 可以看出，随着楼层增加，结构的层间位移呈非线性增长，装配A 方案和装配B 方案的层间位移响应相对于现浇结构有不同程度的优化，本文中优化率表示为

由图7b 可知，不论是多遇地震亦或罕遇地震作用下，装配B 方案的位移优化率均高于装配A 方案，可见阻尼器的增加提高了结构的整体性，结构的刚度增强，更好地吸收地震能量；多遇地震作用下，装配B方案在装配A 方案的基础上增设少许阻尼器，位移优化率有大幅提升，提升幅度在15%左右，可见，在薄弱层增设阻尼器，经济成本略有增加但优化成果却显著提高.

2.3 位移角响应分析

结构在EL-Centro 波作用下的层间位移角响应如图8 所示.

图8 EL-Centro 波作用下结构的位移角响应和位移角优化率

由图8a 可知，层间位移角均在限值以内，相较于现浇结构，装配A、B 方案对结构的位移角响应有一定的优化作用，使结构具有更多的安全冗余度；由图8b可知，不论是多遇地震亦或罕遇地震作用下，装配B方案的位移角优化率均高于装配A 方案，可见阻尼器增加，结构整体性增强，结构能更好地吸收地震能量；多遇地震作用下，装配B 方案的位移角优化率远超于装配A 方案，其中2～8 层优化率高出15%左右，说明在装配式结构的薄弱层增设阻尼器，经济成本略有增加但优化效果却显著提高.

3 结 论

通过对现浇结构及两种设置阻尼器的预制装配式混凝土框架结构进行多遇和罕遇地震作用下的动力时程分析，研究结构的层间位移和层间位移角规律，得出以下结论：

（1）相较于现浇结构，设置阻尼器的装配式结构对位移和位移角响应有一定的优化作用，使结构具有更多的安全冗余度.

（2）不论是多遇地震亦或罕遇地震作用下，装配B方案的位移角优化率均高于装配A 方案，增设阻尼器使得结构整体性增强，结构能更好地吸收地震能量.

（3）从工程应用的角度来讲，在装配式结构的薄弱层增设少许阻尼器，经济成本略有增加但优化效果却显著提高.