利用阻尼隔离装置和位移控制单元提升连续悬挂式天花板的抗震性能

《Journal of Building Engineering》：Seismic Performance Enhancement of Continuous Suspended Ceilings Using Damping-Isolation and Displacement-Control Units

该研究通过振动台试验，对比分析了传统支撑钢条与新型抗震阻尼隔离（SDI）和位移控制（SDC）单元在悬挂天花板结构（SCS）中的抗震性能。实验表明，SDI/SDC单元通过高阻尼材料有效降低结构加速度响应（150%地震水平下X/Y轴加速度分别降低0.5%和31.3%）和位移，使结构在最高地震强度下仍保持可立即使用的性能等级，优于传统钢条加固方案。

　　

Chae-Rim Im | Ju-Hyun Mun | Sanghee Kim | Keun-Hyeok Yang | Yeon-Back Jung | Dong-Eun Lee

韩国京畿道水原市京畿大学研究生院建筑工程系

摘要

本研究探讨了一种采用新型抗震阻尼隔离（SDI）和位移控制（SDC）装置的连续悬挂天花板结构（SCS）试件的抗震性能。尽管支撑装置是增强SCS最常用的方法，能有效提高其刚度并减少相对位移，但其有限的阻尼和能量耗散能力可能会放大加速度响应，从而降低SCS的抗震性能。为克服这一局限性，所提出的SDI和SDC装置加入了橡胶或弹簧等高阻尼材料，以同时增强能量耗散和位移控制效果。在振动台上对装有SDI和SDC装置的SCS试件进行了不同地震激励（EQ）水平的测试，并对装有和未装有支撑钢筋的SCS试件进行了对比试验。测试结果表明，装有SDI和SDC装置的SCS试件的最大加速度和相对位移明显低于未装有支撑钢筋的试件，其中装有SDI和SDC装置的试件的加速度放大系数最低。因此，在所有地震激励水平下，其损伤最小，掉落的天花板瓷砖数量也最少；即使在150%的地震激励水平下，根据Lee基于FEMA HAZUS手册提出的性能标准，该试件的抗震性能仍被归类为“可立即投入使用”。

引言

悬挂天花板系统属于非结构构件，由于其主要部件（如悬挂螺栓、M形杆和轨道槽）采用简单的卡扣和挂钩连接方式，因此极易受到侧向荷载和振动的影响[1][2][3]。因此，这类非结构构件在地震中最为容易受损。特别是悬挂天花板中的这种连接方式...

研究意义

本研究提供了关于在悬挂部件安装SDI装置、在框架侧面安装SDC装置的全尺寸SCS试件抗震性能的宝贵实验数据。研究证实，使用支撑钢筋来控制SCS振动的加固技术实际上会放大传入的地震波。为克服EC 8 [7]和JIS [29]中规定的支撑技术的局限性，需要在悬挂部件中安装SDI和SDC装置...

抗震阻尼隔离和位移控制装置介绍

图1展示了用于提升SCS抗震性能的SDI和SDC装置的详细结构。SDI装置由圆柱体、钢板和压花橡胶组成，钢板和压花橡胶层压在圆柱体内。钢板的上部通过圆柱体内的凹槽和卡环固定并压缩。这种压缩方式增强了它们之间的连接强度...

测试试件

图2展示了本研究中测试的SCS试件的详细结构。传统的SCS试件（称为C试件）包括悬挂螺栓、轨道槽、M形杆、天花板瓷砖、悬挂件和卡扣。在对照试件（图2(a)）中，悬挂螺栓以900毫米的间距通过悬挂件连接到轨道槽上，轨道槽再以300毫米的间距连接到M形杆上...

最大响应加速度

图8显示了SCS试件底部中心M形杆上Y轴加速度随时间的变化情况。注意，图8仅绘制了Y轴上的加速度数据，因为这些加速度值通常高于X轴或Z轴上的数据。所有测量值均经过0至50赫兹的滤波处理，以去除框架与试件之间的冲击脉冲...

结论

根据装有SDI和SDC装置的SCS的抗震性能测试结果，得出以下结论：

• 1.
  装有SDI和SDC装置的SCS在所有地震激励（EQ）水平下的最大加速度值均较低。在150%的地震激励水平下，X轴和Y轴的加速度值分别为6.38 g和8.22 g，比对照试件低0.5%和31.3%，比装有支撑钢筋的SCS低21.3%和30.6%。
• 2.
  在100%的地震激励水平下...

作者贡献声明

Dong-Eun Lee：撰写、审稿与编辑、验证、资料收集、方法论设计、概念构建。 Keun-Hyeok Yang：撰写、审稿与编辑、验证、监督、资金获取、数据管理。 Yeon-Back Jung：撰写、审稿与编辑、方法论设计、数据分析、数据管理。 Sanghee Kim：软件开发、资料收集、数据分析、形式化分析。 Chae-Rim Im：初稿撰写、方法论设计、数据分析、概念构建。 Ju-Hyun Mun：撰写...

未引用的参考文献

[24], [25]

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究工作的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了“工业技术炼金术项目”（项目编号：20025773，旨在开发都市直接空气捕获与利用技术）的支持，该项目由贸易、工业部以及韩国政府资助的“国家研究基金会”（NRF，项目编号：RS-2024-00405537）提供资金。