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八度抗震区隔震技术的应用

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随着社会的发展与进步,我们越来越重视隔震技术的应用,隔震技术对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍八度抗震区隔震技术的应用的有关内容。

关键词:八度,抗震区,隔震,技术,设计

  引言

地震是由于地面的运动,使地面上原来处于静止的建筑物受到动力作用而产生强迫振动,因而在结构中产生内力、变形和位移。经过简化后的模型动力学分析和建筑抗震经验设计,即对一次次的震害分析进行修正、补充,得到一些建筑物在地震作用下的反应机理及破坏形式,提出了一些建筑物抗震的计算方法及设计的基本原则。这些在实际应用中得到了很不错的效果。但是,针对某些重要的建筑物安全性较高的要求和对一些建筑物的修复加固改造的问题,在建筑设计和施工中逐渐地采用隔震的减震技术。隔震即是隔离地震,在建筑物和构筑物的基底或某个位置设置控制机构来隔离或耗散地,以避免或减少地震能量向上部结构的传输,使结构振动反应减轻,实现地震时建筑物只发生较轻微的运动和变形,从而保障建筑物的安全。随着科技发展,这种技术越来越来受到人们的重视。本文主要针对8度抗震区的隔震技术应用进行探讨。

1 隔震技术的优点

隔震主要分为:积极隔震(对动力设备采取隔振措施)、消极隔震(对建筑结构采取隔震措施)。无论积极隔震还是消极隔震,采取隔震措施就是在基底和结构之间设置减振器或减振材料。在隔震设计时,要经过计算,进行多方案比较选择最佳方案。不经过计算而直接采取隔震措施,有时会导致隔震效率不高或者不经济。当处理不好时,还可能产生共振,不仅无益还会加大震害。与以往的建筑结构抗震设计,采用隔震技术的建筑物具有以下优点:

(1)提高地震时结构的安全性;

(2)设计自由度增大;

(3)防止内部物品的振动移动和翻到;

(4)防止非结构构件的破坏;

(5)抑制振动的不适感;

(6)可以保证机械器具的使用功能;

  2.房屋建筑中隔震结构设计

2.1 隔震层的位置

隔震层一般设置在建筑物最底层的基础隔震和设置在建筑物中间层的中间层隔震。在实际工程中,主要根据建筑物的用途、性能、造价等因素来进行综合判断确定合适的隔震层位置。如将隔震构件用于较大范围若干栋中低层住宅的底下部分,其空间可作为设备用房,停车场和共用管道沟,这样可有效利用城市空间。

2.2 隔震层水平刚度的结构方案

为了提高隔震效果,隔震层的水平刚度应十分低,使建筑物的自振周期增大。在实际中可以采用大间距、大直径多层橡胶的结构方案,使得每个隔震器的受荷面积增大,而总数减少。

2.3 多层橡胶层不产生拉力的结构方案

多层橡胶受拉剪的试验资料比受压剪的少,应保证其受力可靠。因此,多层橡胶与上部分结构不采用螺栓连接而采用铰接连接,使多层橡胶层不产生拉力。

2.4 隔震构件的置换

隔震建筑中,变形和能量吸收都集中在隔震层,因此隔震层构件有可以置换的隔震结构的优点。特别是与隔震器独立的阻尼器的置换一般较为方便。由于隔震器承受建筑物的重量,不如阻尼器置换容易。一般采用在建筑物或局部设置千斤顶来置换隔震器或对其加固。

3、叠层橡胶支座隔震技术的应用

叠层橡胶支座(原名夹层橡胶隔震垫)由多层橡胶和多层钢板或其他材料交替叠置结合而成。是一种竖向承载力极大、水平刚度较小、水平位移容许值较大的装置。它既能化解水平地震作用,又能承受竖向地震作用。这种“叠层橡胶支座”在91年获美国发明专利,它的构造是一层橡胶一层钢板的多层反复重叠,并在其中心部钻孔安放铅芯棒所组合成装置的圆柱形支座。叠层橡胶支座形式见图1.2。

3.1叠层橡胶支座隔震技术标准

3.1.1叠层橡胶支座隔震技术的国际标准发展情况

作为对导致一万七千人死亡的1999年土耳其地震的回应,国际标准化组织ISO厂rC45开发了《弹性体隔震支座》国际标准项目。该项国际标准分三个部分,编号为22762.1,-2,和.3,其名称为:

ISO/FDIS 22762.1弹性体隔震支座一第l部分一试验方法

ISO/FDIS 22762.2弹性体隔震支座一第2部分一建筑物用一规范

ISO/FDIS 22762.3弹性体隔震支座一第3部分一桥梁用一规范

3.1.2我国叠层橡胶支座隔震技术标准发展情况

目前我国夹层橡胶垫隔震技术相关标准主要包括:

a、国家规范、标准、规程:

《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010):

《叠层橡胶支座隔震技术规程》(CECSl26:2001);

《建筑隔震橡胶支座》(JGl 18.2000)。

b、叠层橡胶隔震支座性能检验:

检验分出厂检验和型式检验。型式检验包括:

竖向力学性能(竖向刚度、竖向极限压应力、竖向极限拉应力);

水平力学性能(水平刚度、等效粘滞阻尼比);耐久性(老化性能,徐变性能,疲劳性能);耐火性能和各种相关性能.

c、粘弹性阻尼器性能检验:

主要检验粘弹性阻尼器的耗能性能,疲劳性能及其极限变形能力。

3.2叠层橡胶支座隔震技术的适用范围及技术特点

叠层橡胶支座隔震技术的适用范围:

一般来说,叠层橡胶支座隔震技术可以适合各种用途的建筑,并都能获得较好的隔震效果。

a、叠层橡胶支座隔震技术主要适用于我国6.-一9度地震区,20层以下的各类多层房屋(混凝土框架、砖石房屋、钢结构、内框架、混合框架等);

b、出于结构的安全性、房屋内部物品的振动翻到、防止构件二次损坏等因素,更适合用叠层橡胶支座隔震技术的建筑物有:住宅(居民住宅、养老院、疗养院)、公共建筑(剧院、医院、旅馆)、防灾中心建筑(学校、消防局)、核电设施(核电站、仓库)、尖端产业设施(研究所、超精密加工厂)、纪念性建筑物(纪念建筑、寺庙),同时也适用于桥梁防震、设备隔震、地下铁道隔震、环境振动隔震等。

3.2.1叠层橡胶支座隔震技术有以下几大特点:

a、具有足够的竖向刚度和竖向承载力;

b、隔震效果明显、稳定。具有足够小的水平刚度,保证建筑物基本周期延长至2.3秒或3秒以上,同时还具有较大的水平变形能力,剪切变形可达到250%而不破坏:

c、具有恰当的阻尼比,能有效地吸收地震能量,减少上部结构的地震反应;

d、具有稳定的弹性复位功能,能在多次地震中自动瞬时复位;

e、构造简单,安装检测修复方便;

f、具有足够的耐久性,产品正常使用寿命为60.70年;

g、充分的工程应用经验并成功地经受了真实地震的考验;

h、具有耐反复荷载、耐疲劳、耐老化等特性。同时,叠层橡胶支座隔震建筑还具有以下优点:首先其设防目标一般可以提高一个设防等级,传统建筑的设防目标是“小震(小于设防烈度)不坏,中震(等于设防烈度)可修,大震(高于设防烈度)不倒’’,而设计合理的基础隔震建筑通常能做到“小震不坏,中震不坏或轻度破坏,大震不丧失功能”。其次还可适当降低上部结构的设防水准(一般可降低一度到一度半),这样就有可能使建筑布置更加灵活,并可减少一些结构的构造措施或减小一些结构件的尺寸或配筋(如墙体厚度),从而使上部结构能节约部分土建造价。

 4、隔震技术今后的发展趋势

a、传统的依赖结构延性的抗震措施是以一定的损伤为代价减小地震反应,应用减震效能技术则可以减小结构本身的损伤,对各类结构基本上能使用,其减震效果对地面运动特性依赖性较小,耗资也不是很大,因此是可以广泛使用的方法。值得注意的是增大阻尼在减小结构相对位移反应和变形的过程中有时会使结构的绝对速度和加速度增大,从而对内部设备和人员带来某些不利影响。

b、基础隔震技术对在短周期内地面运动影响下的中短周期结构而言,其减震效果比消能技术更好,但对地面运动输入特性比较敏感,不能完全消除共振的危险性。半主动控制和混合控制方法可以满足不同的设防要求,对地面运动和结构本身不确定性的地适应能力更强,可以提高结构在地震作用下的安全性,引入智能元件以后,效果会更好,因此是值得重视的新领域。此外尚应在不同学科和专业之间开展合作和交叉研究,开发使用的装置、机构和配套技术,尽快形成新的产业,以支持新技术的推广应用。结构振动控制的研究和应用需要讲传统的建造技术与高新技术相结合,使结构的安全保障系统成为智能结构的重要组成部分,为人类营造一个更加安全舒适的工作和生活环境。

结束语

针对8度抗震区中的隔震技术和传统抗震方法相比,其具有巨大的优越性,在突发性的、超过设防烈度的地震中不破坏、不倒塌,既保护建筑结构本身,又保护建筑物内部的仪器设备及人员的安全,经济适用,将成为未来建筑抗震的主体。

参考文献

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[3]徐立成,钟心. 建筑结构隔震减震技术的发展与应用[J], 辽宁建材,2008(4):40-41.

[4]李爱群,工程结构抗震与防灾[J], 南京:东南大学出版社.2006.

[5]薛素铎,赵均建筑抗震设计[M], 北京:科学出版社,2003.

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