高烈度地区大规模金属软钢屈服型阻尼器逆作法施工技术
0 引言
金属屈服阻尼器自20世纪80年代开始在日本进行试验研究,近些年大量应用于中低层住宅、高层及超高层建筑中。我国近年来开始在实际建筑物中采用金属屈服阻尼器,但目前我国并没有相应的金属屈服阻尼器施工、验收等统一标准,远不能满足我国对这种抗震新技术应用急剧增长的需求。
1 工程概况
昆明市位于小江断裂带和普渡河断裂带上,属于云南省地震多发区和易发区,减震耗能技术在云南得到广泛应用。昆明恒隆广场应用的金属软钢屈服型阻尼器承载能力高且拉压对称不屈曲、容许变形大,在大震下可提供可靠支撑,设计简单,在结构中充当“保险丝”的作用。商场剪力墙根据其位置和结构的不同,设置8种类型2 289个金属软钢屈服型阻尼器,在目前施工的项目中,为全国单体金属软钢屈服型阻尼器数量最多、屈服承载力最大的项目。
本工程阻尼器采用JY-SS金属软钢屈服型阻尼器,通过焊接连接上、下层埋件。阻尼器芯材采用Q100软钢,上、下埋件采用Q345低合金钢,其性能参数如表1所示。
2 施工难点分析及方案选择
2.1 施工难点
金属软钢屈服型阻尼器为水平受力构件,竖向荷载作用会导致阻尼器耗能性能降低,因此理论上其不能承受竖向荷载。若采用传统施工方法,则阻尼器会承受较大竖向荷载,同时易造成施工过程中阻尼器平面外失稳。若先施工上、下墩台,再安装阻尼器,则上、下墩台在施工过程中的偏差可能造成阻尼器无法安装就位。
2.2 施工方法
针对金属软钢屈服型阻尼器特点,提出逆作法安装工艺,通过上墩台型钢板进行阻尼器定位,随后先施工上墩台,待上墩台变形稳定后再施工下墩台。阻尼器与上、下墩台既可靠连接,又不承受竖向荷载,满足设计要求,确保阻尼器有效发挥作用。
3 逆作法安装
3.1 施工流程
下墩台型钢板吊装→下墩台型钢板上部焊接支承板→阻尼器翼缘与预埋件焊接→阻尼器临时固定→上墩台型钢板吊装→阻尼器定位→上预埋件与上墩台型钢板焊接→支设上墩台模板→浇筑上墩台混凝土→切割下墩台型钢上部支承板→上墩台拆模→下预埋件与下墩台型钢板焊接→下墩台及下预埋件一同浇筑。
3.2 操作要点
1)下墩台型钢板吊装下墩台型钢板与下一层上墩台型钢板、型钢梁焊接,利用塔式起重机将型钢板整体吊至安装位置,在型钢板及型钢板两侧钢柱上预先设置定位耳板,利用型钢梁、定位耳板进行型钢板定位,固定型钢板(见图1)。
2)下墩台型钢板上部焊接支承板下墩台型钢板上部焊接支承板,确保预埋件加劲肋底面与型钢板顶面预留1cm变形缝,每个阻尼器对应布置4块支承板,如图2所示。
3)阻尼器翼缘与预埋件焊接阻尼器上、下翼缘分别与上、下预埋件焊接,焊接时阻尼器平放于枕木上,确保阻尼器不受压。在上、下预埋件上放线,阻尼器与预埋件对中后,采用10mm厚角焊缝四面围焊。
4)阻尼器临时固定利用塔式起重机将阻尼器吊至下墩台型钢板上部支承板上,下预埋件加劲肋卡在支承板中间,约束阻尼器平面外位移,如图3所示。
5)上墩台型钢板吊装采用塔式起重机将上墩台型钢板吊至安装位置(见图4),通过预先设置的定位耳板进行型钢板定位,上墩台型钢板质量由型钢梁及两侧耳板承担,上墩台型钢板与阻尼器上预埋件之间留置变形缝。
6)阻尼器定位,与上墩台型钢板焊接采用千斤顶顶升阻尼器,使上预埋件加劲肋与上墩台型钢板底面贴合。采用上预埋件上的定位件与型钢板上的定位件进行阻尼器定位,采用10mm厚角焊缝将上预埋件与上墩台型钢板焊接(见图5)。
7)上墩台侧模与底模安装安装上墩台侧模,用水准仪测定模板高度。安装底模,用槽钢在底模两端支撑底模。模板应牢固可靠。
8)上墩台混凝土浇筑上墩台混凝土分3次浇筑,浇筑前测定阻尼器平面位置和标高。首先浇筑上墩台细石混凝土,第1次浇筑20~30cm,剩余部分平分2次进行浇筑,间隔约1h。混凝土振捣时应尽量减少对预埋件的影响,避免泵管对预埋件产生明显冲击。混凝土浇筑完毕后,对阻尼器平面位置和标高进行复测并记录,若有移动,应立即校正(见图6)。
9)切割下墩台型钢板上部支承板切割下墩台型钢板上部支承板必须在上墩台混凝土拆模前完成(见图7)。
10)上墩台混凝土拆模上墩台混凝土拆模时对阻尼器进行保护,避免拆模过程冲击阻尼器,造成阻尼器移位或破坏。
11)下预埋件与下墩台型钢板焊接待上墩台变形稳定后,焊接下预埋件与下墩台型钢板。通过下预埋件上的定位件与型钢板上的定位件进行阻尼器定位,采用10mm厚角焊缝将下预埋件与下墩台型钢板焊接。
12)下墩台安装侧模,浇筑混凝土待现场条件具备后,按3层→2层→首层→6层→5层→4层的顺序安装下墩台侧模,用水准仪测定模板高度,浇筑混凝土(见图8)。
3.3 施工监测
监测内容为逆作法施工过程中1~6层金属软钢屈服型阻尼器的竖向应力及相应位置的温度效应,监测目的为论证逆作法施工技术对金属软钢屈服型阻尼器竖向应力的影响。
每层选择1个金属软钢屈服型阻尼器,将阻尼器核心区中点布置为应力测点,监测该测点施工过程中竖向应力变化,在应力测点处同时布置温度测点,试件共布置6个应力测点及6个温度测点。
逆作法施工方案将1~6层墙体分为2个阶段:1~3层为第1阶段,4~6层为第2阶段。因此,监测工作也分为相应的2个阶段。在1~3层的阻尼器与上墩台内型钢板焊接完成、上墩台混凝土浇筑完成、下墩台内型钢板上的支承板切割前,将应变传感器及温度传感器布置在相应测点。第2阶段操作同第1阶段。
监测结果表明,在施焊过程中,阻尼器内力显著变化,施焊过程中阻尼器软钢板受拉,引起竖向应力增加,随后内力重分布,阻尼器竖向应力减小,监测竖向压力为0.3MPa,阻尼器几乎不受压。
4 结语
昆明恒隆广场是全国单体金属软钢屈服型阻尼器数量最多、屈服承载力也是相对最大的项目,采用先施工上墩台,再安装阻尼器,最后施工下墩台的安装方法,充分利用了现场条件和结构自身特点,工艺科学合理,施工方法新颖独特,施工质量安全可靠,技术成果易推广。金属软钢屈服型阻尼器在昆明恒隆广场商场部分的成功应用,降低了主体结构造价,提高了结构抗震性能,延长了建筑物使用年限。同时,金属软钢屈服型阻尼器性能稳定、易更换,减少了维修费用,降低了建筑物全生命周期成本。
[2]全凯.一种新型金属软钢阻尼器的滞回性能研究[C]//第十六届全国现代结构工程学术研讨会论文集,2016.