力学概念 | 连梁阻尼器
在地震作用下，连梁先于剪力墙屈服耗能，是剪力墙结构抗震的第一道防线。但是作为剪力墙结构中的薄弱部分，连梁破坏往往十分严重。在地震作用下连梁承受的剪力较大，容易产生剪切裂缝（图1）。 连梁的受剪破坏将会导致剪力墙的水平承载力、刚度和延性不同程度地退化。
▲图1
避免连梁在地震作用下过早的剪切破坏是保证连梁和剪力墙抗震性能的关键。 在较大地震作用下，只要连梁形成弯曲塑性铰，就能控制连梁剪力的大幅增加，防止剪切破坏。 但在实际工程中对于跨高比较小的连梁，由于其承受的弯矩小而剪力大，以及楼板对抗弯承载力的贡献等各种原因，很难实现这一设计目的。
钢筋混凝土连梁作为抗震耗能构件，不论其出现较大的弯曲破坏还是剪切破坏,都难以修复。在多遇地震下进行截面设计时,一般通过连梁刚度折减系数降低连梁内力。这种折减可能导致连梁在设防烈度下塑性损伤超过预期,难以实现“中震可修”的性能目标。
随着消能减震技术和损伤控制理论的发展,开始尝试在钢筋混凝土连梁部位采用可更换的阻尼器(或称为可更换连梁),即在连梁的中部开缝设置连梁阻尼器,以保证连梁的耗能能力和可修复性,减少混凝土构件的损伤,其连接形式一般如图2所示。
▲图2
在小震作用下连梁阻尼器不屈服，为结构提供刚度，保证层间位移角满足要求;在中震和大震作用下，连梁阻尼器进入屈服，发挥其滞回曲线稳定、疲劳性能好、变形能力强的特点,利用剪切板平面内产生的剪切变形以达到消能减震的目的。
连梁阻尼器的等代结构和实际结构如图3所示，通过在反应谱计算模型中设置等效刚度的连梁来获得阻尼器装置的耗能位移,然后通过分析结果计算阻尼器的参数,确定阻尼器的力学参数后即可计算出单个阻尼器的耗能。得到阻尼器的耗能与结构应变能后,根据《消能减震技术规程》中的公式即可得到结构的附加阻尼比。
▲图3
式中: 为等代连梁的综合刚度; 为等代连梁的剪切刚度; 为等代连梁的弯曲刚度; 为等代结构的初始刚度; 为支墩的刚度; 为阻尼器的初始刚度; 为阻尼器的屈服后刚度; 为等代结构的屈服后刚度。
连梁作为设置耗能构件的理想位置，将阻尼器设置在连梁处，通过设计这种“减震器-保险丝”的方法，可以显著提升高层剪力墙结构的抗震能力。连梁阻尼器实现了建筑功能与结构安全性的有效兼容，但是连梁阻尼器的成本依然相对较高，增设连梁阻尼器会在一定程度上增加工程成本。对此，一般情况下，建议只在对建筑功能具有较高要求的结构之中使用此种方法。
