浅谈隔震系统中黏滞阻尼器的作用和产品质量

曲哲老师等最近在《建筑钢结构进展》上发表了一篇“2022年泸定地震某隔震建筑隔震层及上不结构地震反应分析”，在【后续】泸定地震某隔震建筑的地震反应分析中提到“在地震现场考察建筑震害，有时候像是在案发现场破案。谁是“凶手”？线索扑朔迷离，真像错综复杂。包括一些亲手设计过隔震结构的结构工程师，都不太了解黏滞阻尼器（VFD或称VD）的构造。一般情况下可能也不需要了解，只要知道它的工作性能就行了。”

对于上述描述我们不能认同“只要知道它的工作性能就行了”这个观点，对于这么重要的减隔震产品我们不赞成这种观点。我们介绍一下我们的认知。

常用的隔震支座有叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座和摩擦摆支座等。橡胶支座性能稳定，耐久性好，应用广泛。但橡胶支座竖向承载力较低，耗能能力有限。后来，相继开发出多种高性能隔震支座，如高阻尼橡胶支座、摩擦滑移型支座、球型支座、高承载力多向转动支座和摩擦滑摆隔震系统等。

隔震结构位移集中于隔震层，为限制位移过大，通常将橡胶支座与阻尼器结合使用，以达到减小上部结构地震反应和减小隔震层层间位移的目的。

隔震支座系统中加设液体黏滞阻尼器的重要作用

对于采用液体黏滞阻尼器来约束水平位移量的隔震系统，阻尼器的实际功能性和可靠性是至关重要的：

(1)   加设黏滞阻尼器比单纯隔震系统可以减少结构最终水平位移，可达50%；

(2)   加设了阻尼器后的主体结构阻尼比加大，使其地震荷载降低，可达50%；

(3)   使用不同温度、不同频率下能很好工作的黏滞阻尼器，是对有不同环境下工作性能上有所不足的橡胶隔震支座良好的补充。可使整体体系的可靠性大大提高；

(4)   防止隔震垫折断或倒塌失稳。橡胶垫在高度太大时容易失稳破坏加设阻尼器约束运动位移时，可以大大减少这种失稳破坏的可能；

(5)   隔震支座和黏滞阻尼器联合使用可以减少为达到减震目的所花费的费用，要想达到再减少50%结构水平位移和地震荷载的目的，所要加的橡胶垫的花费远大于加设阻尼器后的增加费用。

泸定地震隔震装置的破坏

 2022年9月6日，我国四川泸定发生了6.8级地震，本次地震共造成93人遇难，25人失联，部分建筑损毁严重。

图1  地震中倒塌的贡嘎山观测站

图2 磨西镇某在建混凝土框架结构破坏

虽未如像零八年汶川地震那般惨烈，但本次地震所暴露出的问题仍然令人心有余悸，一些经过精心设计、采用了减隔震装置没有经受住实际地震的考验，相对于周边未安置隔震装置的结构，这些新建的安置了隔震装置的建筑在地震中损坏程度更为惨烈：

图3 泸定县燕子沟学校—新建的建筑（安装的隔震阻尼器在地震中完全损坏）

图4 磨西古镇隔震建筑（严重变形，隔震垫完全破坏）

下图是传统设计的建筑，并未设置隔震垫和阻尼器，地震后建筑部分有所损坏，但经过专业部门鉴定后，建筑在进行简单维修后可继续使用。

图5 周边普通结构震后情况

隔震装置在地震中损坏严重，这就不得不让人怀疑，安置的隔震装置质量是否满足国家规范要求，真正能起到抗震作用。

震害中的图片都是曲老师曲哲设计中发表出来了，我们十分感谢。

下图是中科院功力所曲老师文章中介绍的普通阻尼器的分解图，图中对阻尼器的构造有着较大的误解。

黏滞阻尼器的构造和地震中的破坏

下图是目前我们推荐的黏滞阻尼器通常采用内部构造图，读者可通过此图大致了解阻尼器的内部构件，并对其工作原理有所印象。

图6 普通抗震阻尼器截面图

通过现场阻尼器破坏的现状，并比对其他国外较为成熟的隔震阻尼器的构造，需要承认的是产品在设计、选材以及诸多细节的处理上都存在改进的地方：

1)        阻尼器活塞及导向杆系统：为双出杆结构。采用钢材或黄铜制造，机加工制成；

2)        铰接：一定要是万向铰，万向铰可使阻尼器正轴向工作；

3)        高预加内压：通常为20~22MPa，确保阻尼器在地震来临瞬间启动，加之双密封系统，保证阻尼器不漏油。对阻尼器进行健康检测的重要依据。

4)        外部设有注油孔，使用专业检测设备可随时检测阻尼器的内压，判断阻尼器完好与否；

5)        活塞杆：具有足够的抗弯曲强度。泸定地震阻尼器活塞杆弯曲可以看出活塞杆显然没有足够的强度。

6)        油缸壁：采用高强合金钢材经过机加工，热处理，有足够的厚度，泸定地震阻尼器的外缸壁厚厚度不能满足要求。

图7 泸定地震中阻尼器活塞杆屈曲及阻尼器缸壁

7)        阻尼器两端铰接：一定要有万向铰连接，万向铰可使阻尼器沿正轴向工作，否则容易产生其它方向的受力而遭到破坏。

图8 阻尼器万向铰

8)        阻尼器整体结构必须经过强度验算，下图中泸定地震中阻尼器在两端锚固完好的情况下，在轴向受压的作用下中部出现压弯，其构件的强度明显不足。

图9 阻尼器本身受压失稳

9)        与结构连接的连接件包括锚固钢筋应有足够的连接强度，所有焊接点应验算并符合规范要求。下图的破坏出现在连接件与锚固钢筋的焊接问题而使整个系统受到破坏。

图10 阻尼器锚固节点受拉失效

此外，在阻尼器出厂前，必须经过能够覆盖到所有设计参数的动力测试，对于隔震用的大冲程阻尼器的动力测试，往往由于测试设备限制（设备量测不足、测试设备不能满足阻尼器峰值要求）而使最终的产品测试大打折扣。