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摘要：将粘滞阻尼器应用于钢筋混凝土框架加固改造项目，选取与场地条件相匹配的地震动作为激励，在Etabs和Midas程序中分别计算了该结构在多遇和罕遇地震作用下的非线性动力反应。对比分析了有控结构和无控结构的层位移角、层剪力、塑性铰分布，计算并验证了粘滞阻尼器提供的附加阻尼比。
关键词：粘滞阻尼器；弹塑性时程分析；地震响应；附加阻尼比
目前，针对大部分既有钢筋混凝土结构抗震加固的方法本质上是通过增强结构的抗侧能力、延性和整体性能来提高结构的抗震能力[1]，常用的加固方法包括增大截面、粘贴钢板、粘贴纤维复合材等[2]。使用这些传统的加固方法存在一些问题。消能减震的加固方法是在原结构上附加消能装置，通过消能装置耗能吸收地震能量，从而减少结构的地震作用。
消能减震装置中较为常见的有屈曲约束支撑[4]和粘滞阻尼器，其中粘滞阻尼器主要通过粘性介质运动时产生的粘滞阻尼耗散能量，是一种速度相关型消能阻尼器。本文作者以某既有框架结构为研究对象。通过多遇地震作用下的多次时程分析计算优化阻尼器的参数和布置，进而分析结构在多遇和罕遇地震作用下的层间剪力、位移角、塑性铰分布等，为结构消能减震设计提供参考。
1 工程概况
本工程为某市医院，地上为3层，第一层层高5.4m，其他层层高4.4m，主体建筑总高度为24.3m。结构模型如图1所示。
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图1 某市医院急诊康复楼结构模型
该结构采用现浇钢筋混凝土框架体系，设计使用年限为50年，该结构位于7度设防地区，基本地震加速度0.15g，框架抗震等级为二级，设计地震分组为第三组，Ⅲ类场地。经技术和经济综合比较，采用粘滞阻尼器进行加固，目标附加阻尼比为9%。
2 地震作用下的结构消能减震分析
2.1 粘滞阻尼器参数的确定与布置
减震设计主要涉及阻尼器的三个参数：阻尼系数C、阻尼指数
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以及阻尼器的最大出力，需要根据试算找寻更合理的参数。根据试算确定的阻尼器参数：
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=0.25，C=500 KN•m/s，最大行程=±22mm，最大阻尼力=380KN。阻尼器的布置根据需要沿结构的两个主轴方向分别设置，设置在变形较大的位置，进行综合考虑后在每个楼层X和Y方向各设置2个阻尼器。
2.2 多遇地震作用下结构弹性时程分析
地震波选用2条天然波和1条人工波，通过对波在频域内的综合调整，使得各条波在多遇地震的反应谱与抗震规范规定的设计谱基本一致。对无控结构和有控结构分别进行多遇地震作用下的弹性时程分析计算楼层剪力、层间位移角，进行比较得出有控结构X和Y向楼层剪力的减震率分别为34.95%、37.64%。由此可知阻尼器能有效减少多遇地震作用下的楼层剪力和最大层间位移角。
2.3 罕遇地震作用下结构弹塑性时程分析
采用MIDAS GEN软件对结构在罕遇地震作用下的结构响应进行了动力弹塑性分析，加装了粘滞阻尼器的结构，其层间位移角得到了一定的控制，但其减震效果并没有多遇地震下的明显，这也就验证了阻尼指数较小的阻尼器在大震下的阻尼力增长幅度有限，这样在确保减震效果的情况下，能够保证支撑系统和连接点不会因为阻尼力过大而失效，确保阻尼器在大震下的正常工作。
采用MIDAS GEN软件，对结构的破坏形态进行分析，对比三种罕遇地震波作用下的加固前后结构塑性铰数量、破坏程度。可以看出有控结构相对于无控结构，其塑性铰数量有一定程度的减少，表明粘滞阻尼器的存在能够减轻结构的破坏程度。
2.4 等效附加阻尼比
粘滞阻尼器对结构的减震作用可以通过等效阻尼比的方式进行考虑，根据GB50011-2010的规定，算得的X向等效附加阻尼比为10.59%，Y向等效附加阻尼比为10.02%。保守取等效附加阻尼比为9%，即结构总阻尼比为14%。
为了验证计算所得到的等效附加阻尼比的准确性，将计算得到的等效阻尼比14%输入ETABS，采用反应谱计算方法，得到楼层剪力，将其与5%阻尼比下的结果作对比，等效阻尼比减震率=（5%阻尼比楼层剪力-14%阻尼比楼层剪力）/5%阻尼比楼层剪力；有控结构减震率=（5%阻尼比楼层剪力-有控结构时程分析的楼层剪力）/5%阻尼比楼层剪力。等效阻尼比14%条件下的楼层剪力减震率平均为29.6%。
通过对比两者的减震率可知14%阻尼比的ETABS模型反应谱方法得到的楼层剪力减震率均小于ETABS得到的在时程分析下楼层剪力减震率，可以认为采用14 %的等效阻尼比是偏于保守的，可以采用此数值进行结构的加固计算和设计。
3 结论
通过采用粘滞阻尼器消能减震技术，对结构在7度（0.15g）多遇、罕遇地震作用下的减震前和减震后工作性能分别进行了计算分析，得到以下结论：
（1）粘滞阻尼器的应用，能够有效减小结构的地震响应，提供附加阻尼，增加结构延性并控制变形。
（2）多遇地震作用下，由于选取的阻尼指数较小，其减震效果明显，楼层剪力和层间位移角都得到了明显的控制。
（3）罕遇地震作用下，其减震效果虽不如多遇地震的情况，但仍能一定程度控制结构位移，并减少了结构出现塑性铰的数量。
参考文献：
[1]陈婷婷. 现有建筑结构抗震鉴定及加固设计研究[D]. 北京：北京工业大学，2012.
[2]郭浩，唐曹明，杨韬等. 既有建筑抗震加固方法评述[J]. 工程质量，2010，28（12）：74-77.
[3]徐彤，周云，李良. 结构减震控制技术在抗震加固改造中的应用[J]. 建筑结构，2000，30（10）：63-66.
[4]周云. 金属耗能减震结构设计理论与应用[M]. 武汉：武汉理工大学出版社，2013：40-41.