阻尼器耗能减震技术在加固改造中应用研究

张溢

(厦门海投工程建设有限公司，福建 厦门 361026)

在建筑结构技术创新发展的境况下，建筑安全需求逐步提升，许多既有建筑结构存在建筑功能变更或按照早期的抗震规范标准进行抗震设计不契合当前的抗震设防要求，导致部分建筑抗震能力不足，一旦发生地震可能会严重受损或倒塌[1]。阻尼器耗能减振技术是通过提供运动阻力，消耗运动能量以达到耗能减震目的，是既有建筑加固中常用的技术方法，探讨此技术的应用方式，是提升建筑工程抗震加固质量的有效路径。

1 黏滞阻尼器技术简介

传统的结构抗(振)震是通过增强结构本身的抗(振)震性能(强度、刚度、延性)来抵御地震、风、雪、海啸等自然灾害的。由于自然灾害作用强度和特性的不确定性，传统的抗(振)震方法设计的结构又不具备自我调节能力。因此，当地震来临，往往会造成重大的经济损失和人员伤亡。黏滞阻尼器的研发和应用，等于给建筑或桥梁装上了“安全气囊”(见图1)。在地震来临时，阻尼器最大限度吸收和消耗了地震对建筑结构的冲击能量，大大缓解了地震对建筑结构造成的冲击和破坏。

图1黏滞阻尼器

1)黏滞流体阻尼器一般由缸筒、活塞、阻尼孔、阻尼介质(黏滞流体)和活塞杆等部分组成。在强震或风振中能率先消耗震(振)动能量，迅速衰减结构的震(振)动反应并保护主体结构和构件免遭破坏，确保结构在强震或风振中的安全[2]。

2)当工程结构因振动而发生变形时，安装在结构中的黏滞阻尼器的活塞与缸筒之间发生相对运动，由于活塞前后的压力差使黏滞流体从阻尼孔中通过，从而产生阻尼力，耗散外界输入结构的振动能量，达到减轻结构振动响应的目的[3]。

2 工程概况

福建省厦门市的建筑产业现代化示范园公共服务中心改造工程，主要对2#3#4#5#楼进行加固改造，改造建筑面积4.8万m2，其中3#楼建筑高度72m，4#楼建筑高度60m。项目原建筑功能由商业办公变更为教育功能，致使建筑类别由丙类变更为乙类，结构安全等级由二级变更为一级。项目抗震加固施工采用的是阻尼器耗能减震结合粘钢技术，通过剪力墙、框架梁粘钢以及黏滞阻尼器安装，提升该工程建筑结构的抗震性能。工程改造根据《建筑抗震加固技术规程》(JGJ 116—2009)、《建筑消能减震技术规程》(JGJ 297—2013)等规范标准作为施工设计图编制依据。

3 粘钢施工

3.1 粘合面处理

粘钢施工需要先行处理好被粘混凝土表面，而后再加固构件卸荷。应清除粘合面表面油污杂质，清洗干净后将表层打磨掉2～3mm，再利用无油压缩空气将表面粉粒吹净。若混凝土表面洁净度良好，可直接打磨擦拭。如为新浇筑的混凝土结合面，需先清除表面浮渣并利用洗涤剂刷洗表面，干燥后方可涂刷粘结剂。同时，还需要对钢板粘结面做除锈及打磨处理。未生锈钢板直接打磨至出现金属光泽即可，锈蚀较为严重的钢板则应先浸入稀盐酸中浸泡，20min后待锈层全部脱落后取出，再利用石灰水冲洗干净，之后再进行打磨。

3.2 植栓与粘胶

粘合面处理前，应先根据设计图确定钢板安装位置，并提前做好放线。而后进行试拼装钢板，确保钢板与混凝土面相契合，再于混凝土结构上钻孔，并应校准钢板粘结位置及螺栓孔位，清除孔内灰尘后对试植栓孔进行全面擦拭清理，确保孔内干净后方可进行植栓操作。钢板粘结前，应根据说明书配置粘钢结构胶，配胶时要搅拌均匀，配好后应立即使用。涂胶时，应先擦洗钢板及混凝土基面，之后在钢板面及混凝土表面上涂刷厚约2mm左右的粘钢结构胶，要求中间区域的涂胶厚度比边缘区域略大。粘胶完成后应将钢板贴在指定位置，拧紧化学锚栓后再利用钢支撑与木方对钢板加压，利用手锤依次敲击粘贴片，若钢板未发出空鼓声音，则说明钢板已粘贴紧密。而后在环境温度5～20℃条件下，使胶自然固化。固化阶段要做好养护，不可随意移动钢板，养护时间应为3d以上。

4 黏滞阻尼器安装施工

4.1 技术材料与施工现场准备

安装阻尼器前，根据黏滞阻尼器设计图、深化图等技术文件，进行安全与技术交底，提前组织焊接等各类工艺试验，并结合结构深化图纸及施工现场现状，编制阻尼器安装专项施工方案，为阻尼器顺利安装提供技术保障。焊材等钢结构材料的选用应契合国家产品标准且与本工程设计要求相符。安装施工前还应全面检查调试各类施工机具设备，并将阻尼器及钢支撑等相关构件运送至施工现场，检查无误后方可实施安装作业。

4.2 预埋件安装

安装黏滞阻尼器之前，需要先行安装预埋件。应结合设计图定位预埋件安装区，对预埋件外观进行全面检查，确认其形状、尺寸均符合施工要求之后，利用吊机将预埋件吊运至需要安装的梁柱、支墩墙等位置处，根据设计图要求复核预埋件的标高、水平度等，查看预埋件的水平度是否契合施工标准，并调整预埋件位置直至符合设计要求[4]。确认预埋件位置正确后，可采用点焊方式将之连接到梁柱钢筋或支墩钢筋之上，也可采用铁丝进行捆扎连接，但要注意捆扎的牢固性。

4.3 黏滞阻尼器安装

4.3.1 设备与构配件检查运送

阻尼器安装设备及安装配件运至施工现场后，应检查阻尼器外观并检测其质量性能。要查看阻尼器外表面平整度及损伤情况，并检查防腐涂层涂刷的均匀度，还要审查各个配件完整性、节点板尺寸与设计图是否一致，查看焊缝有无质量缺陷。质量合格的设备材料可运送至施工现场，利用汽车吊或塔吊吊送至安装楼层，然后再用推车向安装位置运送。吊送至上支墩墙及下支墩墙中间区域时，要在阻尼器缸体下方垫放厚度适宜的垫块，吊装时还要加强防滚或防震措施，以防止圆形阻尼器滚落，除此之外，还要做好活塞杆外露区域保护。

4.3.2 脚手架及起吊设备安装

以阻尼器安装位置为依据，定位脚手架安装位置，并对脚手架安装高度进行计算。结合施工现场的空间大小，合理选择脚手架形式，一般有移动式或固定式两种脚手架架设方式。需要根据施工现场的实际需求确定脚手架的安装数量及规格[5]。安装起吊设备，本工程采用的是手动葫芦吊，要求其起吊载荷高于需要安装的阻尼器的实际重量，以确保阻尼器设备及配件吊送过程的安全性。

4.3.3 位置及尺寸复核

正式安装阻尼器前，需要再次检查阻尼器安装位置的高度、尺寸与平面布置图是否一致，如果偏差较大应立即调整，以免影响阻尼器构件正常安装。同时还应测量预埋件尺寸大小，如其尺寸比设计略大，可利用砂轮机磨平，如果尺寸小于设计标准，则应利用强度相同的材料补焊处理。此外，还需按照设计图复核上节点板及预埋板的焊接位置，并利用水平尺对阻尼器中心线及墙体轴线的平行度进行测量，均符合要求后方可开展焊接作业。

4.3.4 斜钢支撑与横梁拼装与焊接

为防止阻尼器安装时出现尺寸与设计图不一致情况，应于吊送之前准确测量各个斜钢支撑件及横梁的尺寸大小以及标高，如果标高与设计图不一致，或是垂直度存在偏差，则应立即进行校正处理，之后再将斜钢支撑、横梁吊送至安装位置进行焊接施工，以免这些结构件不符合施工要求导致安装后出现返工现象。焊接时应使用溶透焊缝，并且所用焊接材料要与母材具备相同的强度等级。焊接时要确保焊缝外形均匀，且要注意防止产生夹渣或气孔等质量缺陷。

4.3.5 滑动挡板安装

A型滑动档板应安装在阻尼器节点板之上，安装前，需要根据设计图在滑动挡板上固定好尼龙板，之后再采用焊接方式连接滑动档板与预埋件，并将加颈板焊接在滑动档板的外部区域。B型滑动档板安装时，需要做好中间滑块的拼装，然后以设计图为依据在滑动档板上安装好尼龙板，之后，便可采用焊接方法连接滑动档板与预埋件及加劲板。A型与B型滑动档板安装示意图详见图2所示。

4.3.6 防腐除锈处理

安装好黏滞阻尼器后，应对钢支撑、节点板以及预埋件等各构件外露结构表面涂装一层防腐涂层，要确保涂层均匀涂刷且无遗漏点，并且不可留有针孔、形成气泡或是出现皱皮现象。应根据设计标准及规范要求选用适合的油漆及防腐涂料，如安装时阻尼器表面出现表层漆脱落、磨损现象，应采用与阻尼器外观相同颜色油漆进行补漆处理，补漆时注意不可覆盖缸体标志及编号。

图2 滑动档板安装示意

5 阻尼器安装安全及质量控制

阻尼器是一种用于控制建筑物或桥梁在发生地震、风力等外部因素作用下的振动的装置。阻尼器的安装安全和质量控制非常重要，这关系到建筑物和桥梁的结构安全和人员生命财产的安全。以下是阻尼器安装安全及质量控制的几点建议。

5.1 阻尼器的选型

在进行阻尼器的安装前，需要对建筑物或桥梁的结构特点、所处的环境条件和受力情况等进行评估，并根据评估结果选择适合的阻尼器型号和数量。阻尼器型号和数量的选择应该符合设计规范和要求，以确保其能够有效地减震和控制振动。

5.2 阻尼器的安装位置和方式

阻尼器的安装位置和方式直接影响其使用效果和安全性。在安装阻尼器时，需要严格按照设计方案和标准要求进行操作，避免出现倾斜等问题。同时，在安装过程中需要注意加强固定和支撑，增加阻尼器与建筑物或桥梁之间的连接强度，保证其安全可靠。

阻尼器安装应由资质齐全的专业施工人员在专业技术人员指导下开展，施工前应做好施工区域外围防护栏设置，氧气瓶及乙炔瓶间距、二者与输气带之间距离应分别大于5m与10m。焊接阻尼器钢结构时，需将施工2m内的杂物及易燃物全部清除，并严格检查脚手架及吊装设备，以确保脚手架稳固，并有专人看护时方可实施吊装作业。阻尼器部件下料时，需要结合安装设计要求进行各部位及轴线跨距号料，并应在地面预拼装后再向安装地点运送。焊接前需明确焊接要点，以保证一次性、高质量完成焊接作业[6]。

5.3 阻尼器的质量控制

阻尼器是保障建筑物和桥梁结构安全的重要设施，因此在安装前需要对阻尼器进行严格的质量检测。质量检测包括阻尼器的性能测试、耐久性测试、材料检验等多个方面。如果发现阻尼器存在质量问题，应该及时更换或修理，并重新进行检测。

5.4 阻尼器的保养维护

阻尼器在使用中会逐渐出现磨损或老化等问题，因此需定期进行保养维护。保养维护包括清洗、润滑、调整等多个方面。在进行保养维护时，需要遵照厂家提供的操作说明和标准要求进行操作，确保阻尼器的正常运行。

安装好阻尼器后，要确保主体不可从墙体中突出，需在安装验收完成后进行封堵作业。使用岩棉板填塞阻尼器与砌体之间的空间，之后在封堵位置外侧安装一层厚度为1cm的水泥压力板，相邻封板之间搭接长度应为20cm，且搭接处应涂满结构胶，以确保外侧封板搭接牢固。粘好压力板后 ，应利用射钉固定压力板及混凝土搭接区域，每隔15cm射入一枚射钉。封堵后根据设计图对外侧封板进行抹灰处理，并将网格布架设于搭接区域。

6 结语

综上所述，阻尼器的安装安全及质量控制非常重要。在进行阻尼器的选型、安装、质量控制和保养维护时，必须严格遵守设计规范和标准要求，并根据实际情况进行相应调整和优化，以确保阻尼器的安全可靠和有效运行。该工程利用此种减震加固技术，减小了层间位移角，降低了顶角位移及楼层剪力，并增强了滞回曲线的饱满度，提高了建筑结构的耗能能力，对地震能量具备良好的耗散效果，能够满足本建筑工程的抗震加固需求，可有效增强本工程建筑结构稳定性，并能延长建筑使用寿命。