建筑抗震支吊架的地震模拟试验研究*

2018-02-10 01:45:59朱浩樑梁启慧丁幼亮钱东升

建筑设计管理 2018年1期

朱浩樑，梁启慧，丁幼亮，钱东升

（1.江苏壹鼎崮机电科技有限公司，南京 210012；2.东南大学土木工程学院，南京 210096）

0 引言

我国是一个地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广、震灾严重的国家，我国的土地面积占全球7%，但强震数量却占全球大陆强震的33%，是世界上大陆强震最多的国家。在我国，有41%的国土、50%的城市、67%的特大城市处于地震设防烈度7度及以上。地震中建筑机电设备的损坏，包括消防管道、油电煤气等管线的损坏，则直接导致消防功能失效，引发火灾等次生灾害，使伤亡人数大大增加，甚至超过建筑物倒塌等直接灾害导致的伤亡。由此，建筑物全面的抗震设防不应只是建筑结构的抗震设防，同时还应包括建筑机电设备的抗震设防。建筑抗震支吊架是建筑机电工程的重要组成部分，在地震中能对建筑机电工程设施给予可靠的保护，承受来自任意水平方向的地震作用[1-3]。因此，如何检测抗震支吊架满足《建筑机电工程抗震设计规范》的抗震设计要求，是建筑抗震支吊架应用于实际工程的重要问题。本文针对江苏壹鼎崮机电科技有限公司生产安装的抗震支吊架开展了地震模拟试验，介绍了地震模拟试验原理、试验加载装置、加载方案和测点装置，给出了试验分析结果，为同类产品的抗震性能测试提供参考。

1 地震模拟试验原理

为判断抗震支吊架能否承受6度至9度设防地震烈度下的地震作用，需对抗震支吊架进行低周反复荷载试验，模拟其在地震作用下的破坏形式，测试该抗震支吊架的抗震性能。结构低周反复荷载试验方法一般以试件的荷载值或位移值作为控制量，在正、反两个方向对试件进行反复加载和卸载。在试验中，加载过程的周期远大于结构的基本周期，因此，低周反复荷载试验的实质是用静力加载方法来近似模拟地震荷载的作用[4-5]。试验中静力加载水平可以根据《建筑机电工程抗震设计规范》的等效侧力法确定[1]：

式中：F—沿最不利方向施加于机电工程设施重心处的水平地震作用标准值；γ—非结构构件功能系数，按本规范第3.4.1条执行；η—非结构构件类别系数，按本规范第3.4.1条执行；ξ1—状态系数；对于承点低于质心的任何设备和柔性体系宜取2.0，其余情况取1.0；ξ2—位置系数，建筑的顶点宜取2.0，底部宜取1.0，沿高度线性分布；对结构要求采用时程分析法补充计算的建筑，应按计算结果调整；αmax—地震影响系数最大值；G—非结构构件的重力，应包括运行时有关的人员、容器和管道中的介质及储物柜中物品的重力。

根据试验中抗震支吊架规格和管道条件，由式（1）计算得到抗震支吊架在不同抗震设防烈度下的地震作用如表1所示。

表1 支吊架不同设防烈度下的地震作用

2 地震模拟试验方案设计

2.1 试验构件

依据抗震支吊架实际支撑情况和行业标准，对江苏壹鼎崮机电科技有限公司生产安装的抗震支吊架采用等效静力加载的方式进行低周反复加载试验，并测试支吊架的位移和应变，抗震支吊架尺寸如图1所示。

图1 试件尺寸（单位：cm）

2.2 加载装置与加载方案

试验通过液压伺服作动器作为加载装置，作动器施加的荷载加载至抗震支吊架上，支吊架通过型钢加劲板固定在地面，保证支撑支吊架固定部分在试验过程中不动。加载装置如图2所示。根据《建筑机电设备抗震支吊架通用技术条件》（CJ/T 476-2015），采用力控制的方式进行加载，加载方案为：（1）对试样施加2.25kN负载，正弦波循环15圈，加载的频率为 0.1 Hz；（2）15 次循环后，每次加载幅度为上一级荷载的（15/14）1/2，加载的频率为0.1 Hz，直到完成55次循环、样品发生断裂或者产生超过范围的变形。

图2 加载装置

2.3 测量装置

支吊架的位移和应变分别采用位移计和应变片测量。考虑到支吊架的位移可能超过±50 mm，因此采用200 mm大量程应变计。位移计和应变片采用泰斯特3826F动静态数据采集系统采集，采样频率20 Hz。位移计放置在支吊架与钢管相连接的外侧，测量支吊架的水平位移，每个支吊架两侧均放置1个位移计。应变片贴在斜撑中间位置，测量斜撑每个支撑应变，两边均贴1片应变片。测点布置如图3所示。