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关键词:隔震设计;桥梁设计;原则;结构;概念设计;数值设计;原理
隔震是桥梁设计中重要的环节和技术组成,有了隔震方面的设计,桥梁设计工作将会得到进一步科学化的保证,桥梁结构也将更能适应交通和行车的实际要求,桥梁的安全与寿命也才会有体系与功能上的保证。因此,在现代化桥梁设计过程中,隔震被列为重要的功能与系统目标,正在成为桥梁设计的主要环节。新时期,桥梁设计要重视隔震的功能和价值,正确把握桥梁设计中隔震技术的原理,发挥隔震技术的特点和优势,通过对概念和数值的规范化与科学化设计提升桥梁设计的总体水平与质量,做到对隔震效果保障的同时,全面实现桥梁设计的各层面、各级别、各标准的目标。
1 隔震设计的主要优点
桥梁抗震水平是提升桥梁寿命、确保桥梁安全运行的重要参数,只有提升桥梁隔震水平,才能够从结构、基础和功能上控制各类震动对桥梁的影响。具体地讲隔震设计在桥梁结构应用中具有如下的主要优点:
1.1 隔震设计的保护作用
桥梁设计中采用隔震装置和结构可以释放桥梁结构的应力,通过位移和形变改善桥梁在地震和震动中整个桥梁的受力结构,进而使桥梁在地震状态下受力更为合理,降低震动对桥梁基础和墩台的破坏,从结构与功能上提升桥梁抵御地震和震动的能力。
1.2 调节桥梁横向刚度
地震波对桥梁结构的伤害主要来源于横波,可以在桥梁隔震设计中选用隔震装置,通过装置的运动来改善桥梁的扭转平衡,做到对横向波动的有效调节,使桥梁结构能够得到尽可能的稳定性,避免地震波对桥梁结构造成深度地破坏。
1.3 优化桥梁的主要结构
隔震结构的应用可以优化桥梁结构,改变传统桥梁施工和维护的技术体系和模式,使传统难于施工和修复的位置做出调整,更能适应桥梁建设和维护的具体需要,在确保桥梁结构稳定和性能发挥的同时,做到对桥梁抗震能力的基本保障。
1.4 提高桥梁的经济性
隔震设计中可以选用结构、装置等不同类型来抵御震动对桥梁的威胁,并且对温度、材料、结构引发的桥梁徐变、老化等问题有着同样的适应与处理能力,通过隔震设计的应用可以大大延长桥梁的长度,并扩大桥梁的宽度,不但提升了桥梁的通行能力,而且也提高了桥梁的寿命,最为重要的是,采用隔震设计后,还降低了桥梁维修和养护的经济成本,大大提升了隔震设计的经济性。
2 桥梁隔震技术的原理
桥梁隔震技术是改变桥梁抗震能力的重要技术,其原理就是控制震动的频率和幅度,降低地震对桥梁带来的威胁,进而确保桥梁稳定,实现桥梁结构和交通安全的基础。从物理学上讲,桥梁隔震技术主要有如下两个机理:
2.1 控制桥梁的固有震动频率
从地震频率的研究上看,桥梁固有震动频率与地震频率有着高度地相近性,如果地震发生时震动频率于桥梁固有震动频率向一直,将会引发桥梁结构的共振现象,进而产生对桥梁的严重伤害。在桥梁隔震设计中,可以选择设置隔震设施,规划隔震结构等方式改变桥梁固定震动周期和频率,避免地震波与桥梁自振产生共振,做到对桥梁结构安全的保证。
2.2 提高桥梁的阻尼效应
提高桥梁阻尼效应可以通过位移和形变等方式实现,也可以通过设置隔震层等方式增加结构性的阻尼作用,使桥梁在震动情况下通过摩擦和变形消耗掉大部分能量,确保桥梁处于弹性和连续的工作状态,进而避免桥梁产生坍塌和破坏。
3 隔震技术的特点
隔震技术在桥梁设计中的采用,可以提高地震时结构的安全性,使上部结构设计更加灵活,抗震措施简单明了,合理运用桥梁设计中隔震设计可以做到震后无需修复、具有明显的社会和经济效益;经合理设计,可以降低工程造价。
4 桥梁隔震设计的基本原则
梁设计应力求结构形式简单,墩台不宜设计成带孔者,尽量避免带有突变部分的桥墩台,除非在托盘与墩台身连接处设有适当的竖向抗震钢筋以减少应力集中的可能。还应尽量采用对称式的结构,以免地震时结构产生扣力。
5 桥梁设计中隔震设计的要点
5.1 桥梁设计中隔震概念设计
在桥梁设计中隔震设计中要明确隔震的概念,特别对于重要性桥梁更要提高隔震和抗震的水平,除隔震支座外,结构其余构件响应为弹性,对应于较高水准地震作用,允许结构中桥墩发生有限非弹性变形,较低水准地震作用采用地面加速度峰值为0.2g,较高水准地震作用,采用地面加速度峰值为0.48g。
5.2 桥梁设计中隔震数值设计
隔震支座类型选为铅锌橡胶支座,隔震支座尺寸的拟定,目前主要有两种方法来完成,一种方法是首先根据已有经验选定隔震支座的尺寸,根据选定尺寸进行结构的地震响应分析和下部结构的设计,并与预期的地震响应进行比较,判别是否可行,如不满足要求,则修改假定的支座尺寸,重新分析,直到满足设计要求为止;另一种设计过程是首先从隔震设计角度出发,结合所确定的隔震支座类型,初步设定一个比较合理的隔震周期和对应的等效阻尼比(如铅芯橡胶支座等效阻尼比可选10%~20%),进而根据一系列公式来得到支座的初步设计参数,随后进行响应的校核,判别是否满足设计要求,如不满足,则对一些参数做适当调整。
6 结语
随着桥梁建设步伐的加快,出现在地质灾害高发区域的桥梁呈现数量上增加的趋势,在设计环节提升桥梁的抗震能力,选用更为合理的抗震结构称为设计的关键。要从桥梁的安全性和经济性的角度审视设计环节中的隔震问题,建立起桥梁设计中做好隔震环节的基本原则,通过对隔震原理和隔震结构的全面应用,提升桥梁的稳定性和适应性,对桥梁设计、建设、稳定、安全等综合目标的实现发挥出基础性的功能和作用。
参考文献
[1] 韩鹏,孟.浅谈桥梁抗震设计方法与减隔震技术[J].山西建筑, 2009(16).
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[3] 孔德怡,李黎,江宜城,叶志雄.连续梁桥隔震设计与分析若干问题讨论[J].工程抗震与加固改造,2006(04).
关键词:建筑结构;隔震;设计;分析
Abstract: with the development of social economy, destructive earthquake economic loss will be more and more big. This paper analyzes the advantages and isolation of vibration isolation design of architectural technology and the basic principle of building research, this paper discusses some key problems in the design of vibration isolation.
Key words: building structure; Isolation; Design; analysis
中图分类号:TU2文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
近三十年来,由于基础隔震结构在结构试验及实际地震中表现出的优良的耐震性能,引起了国内外学术界和工程界的广泛关注。基础隔震技术己成为一种新的抗震对策,不仅适用于新建房屋设计,而且也为旧房加固和珍贵历史文物的护开辟了新的途径。采用基础隔震技术是工程结构抗震减灾的有效途径之一。它是在基础和上部结构之间设置隔震层,通过减小地震能量向上部结构传递而有效的保护上部结构及其内部设施在强震中的安全。
一、隔震设计的优点
1、隔震的有效性
隔震明显有效地减轻结构的地震反应。从振动台地震模拟试验结果及美国,日本建造的隔整结构在地震中的强震记录得知,隔振体系的结构加速度反应只相当于传统结构(基础固定)加速度反应的1/3-1/10。这种减震效果是一般传统抗震结构所望尘莫及的 。从而能非常有效地保护结构物或内部设备在强地震冲击下免遭任何毁坏。
2、隔震的安全性
在地面剧烈震动时,上部结构仍能处于正常的弹性工作状态。这既适用于一般民用建筑结构, 确保居民在强地震中的绝对安全, 也适用于某些重要结构物和重要设备保安全。
3、隔震效果
基础隔震技术与传统的抗震措施相比更为有效,隔震层的侧向刚度一般只有上部结构侧向刚度的1/50-1/150,隔展结构的周期可达1.5s以上。这样,不但有效地避开了场地的特征周期,使结构的水平地震作用降低约50%一70% ,同时,整个结构的水平变形绝大部分集中在隔震层。因此,上部结构基本上是刚体运动,层间相对位移很小。由于隔展结构具有上述震动特征,因此,地震发生时隔展结构的构件和内部设备一般不会破坏,人员也无需疏散。即使是强震发生,结构也只需简单维修或无需修理仍可正常使用。
4、造价低、施工方便
隔震结构在强烈地震中的良好表现,证实了隔震技术的安全性和有效性,得到了建筑开发商和用户的欢迎,这不仅归功于它良好的抗震性能,还应归功于该技术在造价方面的优越性:隔震技术与一般结构相比,有些费用可以减少。费用减少的部分包括:地震作用的减少使结构构件截面减小,层间变形很小使设备和装修等方面的连接合理,砌体结构可减小构造柱和圈梁等,若考虑利用隔震层作为设备层或停车场,可抵消隔震构件和隔震层费用的增加。
另外,在强烈地震中,隔震结构不但可以保证人们的生命安全,而且可节省大量的震后维修等费用。这样,总造价会有所降低在施工方面,与一般建筑相比,上部结构的施工费用明显降低。只是因为 上部结构构件的截面尺寸可以统一,便于模板的周转和装修工程的简化 在工业化施工中,可以增加预制构件的长度,缩短施工周期 由于层间变形很小,大面积的玻璃幕墙等方面的施工和固定变得简单。增加工期的部分包括 隔震构件的设置,隔震层上下楼板的施工,隔震层的施工。
二、隔震建筑技术基本原理
隔震建筑是结构减震控制技术运用的其中一种, 在日本叫“免震建筑” , 其原理为:采用隔震装置改变建筑物与地基之间连接方式。首先,通过在建筑物底部和基础顶面之间设置隔震装置,延长结构的自振周期,使结构避开地震波的高能频带;其次,提供适当阻尼使建筑物的地震反应大大减弱。简单来说,就是用隔震装置将地震时建筑物的摆动转换为建筑物对地面的横向位移,地震能量由隔震装置自身的变形来吸收。如此隔震建筑物就大大的降低扭曲及弯曲,也会明显的降低摇摆程度(地震加速度),因而降低构造及设备的破坏。隔震技术主要应用于使用功能有特殊要求的建筑及抗震设防烈度为8、9 度的建筑。其主要特征是地震时继续保持建筑物的性能,即地震时不仅要确保建筑结构上的安全,还要使作用于建筑物上的水平重力加速度尽可能小,避免室内设施、器具、物品等移动翻倒。由此可见,此类建筑是更注重于建筑使用功能的维持,其设防目标高于“小震不坏,中震可修,大震不倒”的规定。
三、建筑结构隔震设计的注意要点
1、采用基础隔震设计上
应注意:在建筑物周边, 隔震层部分要比基础大一圈 ,因此场地要宽裕, 隔震层的周围设挡土墙 ,其上部有墙外狭道等。 因此要确保地震时不因上部结构的移动而带来其它问题, 方便检查和更换隔震装置 。为使设备管线适应隔震层的位移和变形,常采用柔性连接或球型接点 ,但要考虑安放装置及检修的空间,隔震建筑物与其它建筑物之间的联系通道要适应相对变形 ,确保畅通无阻。
2、采用中间层隔震设计上
采用中间层隔震,设计上应注意:为适应隔震层的移动变形,该部分的建筑外墙应设水平缝, 但要考虑防水、隔音、防火等,也要注意立面的协调美观。解决楼梯、电梯井、机器升降、设备管线等贯穿隔震层的问题,并考虑防火区间的划分。便于检查、更换隔震装置及耐火材料等。
Abstract: Base-isolated technology which belongs to damping control technology is applied extensively in current projects. Because of its low cost, good effect of damping control and it is easy to carry out, it pays more attention to many countries. This paper discusses the characteristics of base-isolated technology and the present research and practice situation in our country, and probes into the development of base-isolated technology.
关键词: 基础隔震结构;铅芯橡胶支座;阻尼
Key words: base-isolated structure;lead rubber bearings;damping
中图分类号:TU47文献标识码:A文章编号:1006-4311(2011)02-0082-02
0引言
地震作为一种危害性极大的突发性自然灾害给人类社会带来了无数的生命与财产损失。人类在与其斗争的过程中不断积累经验和教训,不断进步。传统的抗震设计是一种弹塑性设计方法,其设防目标可概括为“小震不坏、中震可修、大震不倒”。为了达到这一目标要求结构构件具有相当的强度和塑性变形能力,即通过建筑物结构构件的强度和塑性变形来抵抗地震作用和吸收地震能量,是一种消极、被动的抗震方法。虽然按这种设计方法设计的结构可防止结构倒塌,但结构或结构内部的设备与装修可能完全严重损坏,而采用基础隔震技术可以很好地解决这一问题。
1基础隔震的概念和基本原理
建筑结构隔震的本质思想是通过增加能够提供柔性和适当耗能装置(阻尼)的隔震层(系统),以达到减小结构振动的目的。基础隔震,就是在建筑物的基础和上部结构之间设置一个隔震层,延长结构的振动周期,适当增加结构的阻尼,使结构的位移集中于隔震层,上部结构像刚体一样,自身相对位移很小,从而使建筑物不发生破坏或倒塌。基础隔震技术的基本原理是通过设置在结构物底部与基础顶面之间的隔震消能装置,增加结构的变形能力和滞变阻尼。变形能力的增加,使得结构在地震作用下保持不倒;而阻尼的增大可以吸收更多的地震能量,从而大大减小地震作用、基底位移和结构变形。同时,结构变形能力的增大导致了结构产生的第一振型周期变长。这与增大的阻尼相结合,就可以大大降低地震影响系数,并且结构底部有足够的横向变形能力和滞变阻尼,使得结构底部的应力分布较为均匀,避免了常见的结构底部首先破坏的可能性。
2基础隔震的分类及其特点
2.1 叠层橡胶垫基础隔震叠层橡胶垫基础隔震是利用叠层橡胶垫水平刚度小的特点,延长结构第一固有周期,避开地震波卓越周期,达到降低结构地震作用的目的。这种隔震初始刚度不大,隔震效果良好,构造简单,性能稳定,是目前各国应用最多的一种隔震体系,但造价较高。它的支座形式主要有普通叠层橡胶支座、铅芯叠层橡胶支座、高阻尼叠层橡胶支座等。
2.2 摩擦滑移基础隔震摩擦滑移基础隔震是利用上部结构与基础之间的解耦,控制结构底部剪力,达到降低结构地震作用的目的。当建筑受到小震作用时,滑擦力能阻止上部结构滑动。当地震强度大到一定程度时,滑移层受地震作用大于摩擦力,滑动面滑移,通过滑移消耗和阻止地震能量上传起到隔震作用,从而达到地震强度增大而上部结构内力不增加的目的。
2.3 复合基础隔震复合基础隔震分为并联复合隔震体系和串联复合隔震体系,但均由滑板摩擦隔震支座和叠层橡胶支座并联或者是串联组成。其中,叠层橡胶支座提供系统的向心复位力,滑板摩擦隔震支座滞回耗能,隔离地震。这种隔震系统充分利用两种隔震支座的优点,隔震机理简单明确,隔震效果好。另外,该系统具有良好的变形适应能力,即隔震层滞回耗能能力可以随地面运动输入的变化而变化。
3基础隔震技术的发展和研究现状
隔震概念最早由日本和合浩藏在1881年提出,早期的隔震建筑多是采用滚木或滑石片作为隔震元件,但是历经多次地震仍保存完好。现代意义上的基础隔震技术是由卡斯佩和日本大戚公共建筑工程公司分别独立创造出来的。大成公司在1983年旧金山国际抗震工程师大会上宣布了这项成果。该公司在模拟大地震作用的振动台上,用一个7层框架结构楼房和一个墙体承重结构楼房的模型作了试验。结果证明结构内部承受的振动力减弱了14-18倍,可以有效地达到抗震的要求。
基础隔震技术的实用化是现代科技进步,特别是地震工程研究的成果促成的。特定场地地震反应谱分析技术的发展,使人们可以相当准确地提出用于结构动力分析的地震动参数;用计算机进行结构动力反应分析的技术,使设计人员可以对所设计的结构进行各种模拟分析,从而获得结构的和隔震层的动力反应,正确选择各项设计参数;能量消散装置和高质量的层合弹性支座设计制造与试验技术,为隔震层的设计与建设提供有广泛范围的隔震设计部件;振动台试验技术使结构在完成前就能对其进行实验验证,提高设计的可靠性。基础隔震技术就是在这些现代科学技术的基础上发展起来的。
【关键词】抗震技术;房屋结构设计;损坏
当前,我国的房屋因内部大量的技术设备以及装修费用,其实际价值早已远远超过了房屋本身的资产值,因此地震灾害带来的不仅仅是单一的房子的损失,更多的是房屋所被赋予的附加财产的损失。为了更好地保护人民的财产安全,也为了避免地震造成的人员伤亡,优化房屋结构设计中的抗震设计势在必行。
一、房屋结构设计中的抗震技术
(一)房屋结构设计中运用抗震技术的原因
地震因其巨大的破坏力和不可预测性而位列于世界主要自然灾害之列,它不仅会对我国的房屋建筑带来严重的破坏,更会威胁到大众的人身安全。尽管在近年来政府的大力倡导下,我国的房屋抗震技术取得了一定成绩,但对于抵抗二次灾害而言,我国房屋目前的抗震性能是远远不够的。这就要求我国需要将抗震设计不断深入到房屋结构设计中,大力提高房屋在灾害面前的抵抗能力,降低人员损伤和财产损失。
(二)房屋结构设计中的抗震原理
发生地震时,地壳内部能量波通过地上建筑而得以向外释放,从而让建筑因能量波引起的剧烈晃动而遭受到严重的破坏甚至倒塌。在地震过程中,建筑自身的阻力影响着建筑对能量的吸收和消耗,能量吸收的越小,建筑振幅就会越大。因此,抗震设计在房屋结构设计中就是通过增加建筑自身阻力的原理,使得建筑对能量波的吸收和消耗力大幅度提高,以达到降低建筑振幅,实现房屋主动抗震,增强房屋对地震的抵抗力的。
二、房屋结构设计中抗震技术的实际作用
(一)降低地震对房屋结构的破坏
隔震层是在保护房屋免于地震破坏的方法中运用地最为广泛的,也是效果最好的。通常情况下,房屋结构设计师会将隔震层安装在房屋的基础结构与房屋主体相连接的地方。但有时为了更大程度地降低地震对房屋的损坏,部分设计师会根据实际情况选择在房屋的顶部放置一个能够让房屋在地震时重心向倾倒反方向偏移的反摆。这样一来,当地震发生时,建筑顶部的反摆便会通过阻尼作用对建筑产生一个和地震方向恰好相反的加速度,从而抵消地震中能量波对房屋的作用力,大幅度减少房屋因震动而带来的损坏。
(二)增强房屋对地震的抵抗能力
只有在房屋结构设计时,对房屋的空间结构、材料质量、抗防线、地基等因素进行全面综合的分析,才能保证房屋抗震能力的大幅度增强。所以,在设计师进行房屋抗震设计时,务必从房屋的牢固性出发,尽可能降低建筑的自重从而减小地基所承受的自重带来的压力,这样不仅能提高建筑对轻度地震的抵抗能力,更可有效降低地基在地震时遭受的冲击,为建筑内的逃生人员以及外面的救援人员争取到更多的的时间。再者,地基作为建筑的稳固之本,仅仅靠减轻建筑自重对地基的压力是不够的,只有对相同建筑结构中的地基统一采用具备强抗震能力的材料才能长期保持地基的稳定,让房屋抗震结构中地基的抗震能力得到最大程度的发挥。再者,设计师在房屋结构设计过程中保证建筑的纵向结构刚度能承受建筑的自重之余,还需要注意各个连接处的科学设计,保证建筑的各个部分之间是一个结构功能统一的完整整体,让建筑不仅具备强抗震能力,还具备空间美学与实用性,满足人们对房屋的多方面需求。
三、房屋结构设计中抗震技术的创新
(一)减震技术的运用
尽管阻尼元件能够对房屋结构中的重要部位起到有效保护的作用,但阻尼元件的安装和施工如果不得当就不能够充分发挥其抗震的作用。因此在安装过程中,应该保证重点部位阻尼元件能得到合理安装,通过对每一个环节的加固保证稳定的内部结构,此外,在阻尼元件的选择上,还需要根据房屋架构的实际要求和安装技术水平进行细致挑选。
(二)隔震技术的运用
通过让建筑结构的自振周期得以延长而减弱地震过程中输出的能量对地上部分的伤害是隔震技术的主要工作原理,因此,在建筑施工过程中,不仅需要先进科学的施工技术,还结合房屋的实际构造需要去合理挑选牢固性好、高质量、寿命长的隔震装置,从而并保证建筑能有良好的承载能力。除此之外,在建筑建成后的使用过程中,也不能忽视对隔震装置问题的定期排查和及时的保养维修,这样不仅能在一定程度上增加隔震装置的抗震能力,还可有效延长它的使用年限。
总结:
在房屋的设计过程中,如果抗震环节设计的不得当,往往会影响到房屋整体的质量水平、使用寿命以及居住的安全性。因此,抗震设计一直被认为是房屋设计的重中之重。为了提高房屋面对突如其来的地震的抵抗力,充分保障人民的人生安全和财产安全不受到地震的侵害,无论是在日常生活中还是在工作中,都要秉承不断探索和实践抗震技术的理念,深入探究如何能让房子具有良好的抗震性,从而提高自己在抗震设计方面的专业素质与能力。
参考文献:
[1]孙F,曹辉,宋峰,卢振恒.提高多震区建筑物抗震能力――保证地震安全的最佳选择[J]. 自然灾害学报,2011,03(44):165-173.
近年来,通过大量试验结果及已建造的隔震结构工程经验,在大地震发生时,隔震系统一般可使上部结构承受水平地震作用降低约60%。隔震系统减震效果明显优越于一般传统结构,建筑的总造价相比传统的抗震加固方法增加很少,对于高烈度区尤其适用[2]。基础隔震技术对上部结构的平面、立面、体型等限制较小。首先上部结构的层间位移、加速度已经很小,其次可以人为调整隔震支座的布置使隔震层的刚度中心和上部结构(上部结构作为一个刚体)的质心尽量重合,以减少扭转效应。这对于不规则的建筑物尤其适用,它使地震区的建筑物的外观视觉效果及结构设计从很多严格的限制中解脱出来,轻而易举地解决了超高层建筑、大空间大开窗建筑、及平面不规则建筑的结构设计。若设计合理,地震作用后无需对建筑物进行修复,具有明显的经济效益和社会效益。 叠层橡胶支座基础隔震体系
在建筑物基础和上部结构之间设置叠层橡胶隔震支座,通过利用橡胶刚度小的特点能够延长建筑物的固有自振周期,远离场地卓越周期,从而达到减小结构地震反应的目的。目前,常用的叠层橡胶支座有以下四种类型[3-4]:普通夹层橡胶支座、铅芯橡胶隔震支座、高阻尼橡胶隔震支座、加各种阻尼装置的夹层橡胶支座。
夹层橡胶垫是目前国内外应用最为广泛、技术最为成熟的隔震装置。夹层橡胶垫隔震技术的优点,主要体现在下述几个方面:
1、具有较高的竖向承载能力,作为建筑物的支承垫具有较高的安全储备。目前,我国一些隔震器材生产厂家生产的夹层橡胶垫的竖向承载力安全系数甚至能够超过6.0。
2、具备稳定的弹性复位功能,能在多次地震中自动瞬时复位。
3、具备明显、稳定的隔震效果。夹层橡胶垫具有稳定的刚度及阻尼性能,理论计算、实验结果及现场实际情况三者能够较好的相互吻合。
4、构造简单,安装方便。夹层橡胶垫具有水平滑动、弹性恢复力和阻尼等特性,施工时安装方便简洁,在工程应用上具有较好的可行性。
5、耐久性较好。具有较好的抗低周疲劳性能、抗臭氧老化、耐火性、耐水性等性能,即在50~70年使用期间内具有较好的物理和化学稳定性,耐久性能远远的优越于其他各种隔震装置。
6、对于不均匀沉降夹层橡胶垫受其影响较小,并且可以根据需要安装在各个标高位置处。
二、基础滑移隔震体系
滑移隔震的基本原理是:当结构遭受较小的地震和风荷载作用时,隔震层所受水平地震剪力小于静摩擦力,摩擦力会阻止上部结构滑动,使建筑物保持稳定;当隔震层承受水平地震剪力大于静摩擦力时,滑动面开始滑移,因为结构滑移使得结构无固定的自震周期,从而能够有效的避免共振现象发生。
近些年基底滑移隔震研究取得了突飞猛进的发展:
1、摩擦力模型。国内外学者根据试验研究和实践结果提出了一些摩擦力理想模型,间断型和连续型两种模型是目前最为常用的摩擦力模型。
2、结构模型分析。分为三类:刚体隔震、单质点隔震、多质点隔震。
3、抗倾覆稳定性计算。由于滑移隔震结构在支座处上下断开,所以极易产生倾覆失稳问题,因而有必要确定结构的抗倾覆条件,当不满足这一条件时,应对座采取附的参数选择上。
4、动力可靠度。众多学者利用随机响应分析对滑移隔震结构的可靠性进行研究分析。
5、隔震层参数。合理的确定隔震层的参数是设计工作的重中之重。
6、能量分析。结构地震响应通过能量分析进行衡量。
三、组合隔震体系
叠层橡胶垫隔震体系具有理论分析简单、结构性能可靠、较好的自动复位性能等优点,但是这种结构体系在地震作用下不能完全有效的避免共振,而且工程造价较高;滑动摩擦隔震技术能够有效的避免发生共振,并且主要是其施工简单、造价低,受到较大的欢迎。但是在地震作用后,滑动摩擦支座可能发生不可控制的位移,不能够自动复位。各国学者不断尝试将摩擦滑移支座和叠层橡胶支座进行组合,使两种隔震支座在结构体系中能够各自发挥优势。组合隔震体系按夹层橡胶垫和滑板的组合方式的不同将其分为串联组合隔震体系和并联组合隔震体系。
1、串联组合隔震体系
将摩擦滑板与夹层橡胶支座上下串联称为串联组合隔震体系,摩擦滑板能可利用摩擦力消耗地震能量,且起到隔离地震的作用。采用串联组合隔震体系,在多遇水平地震作用下,其水平刚度较小,在罕遇地震下,滞回曲线具有明显的弹塑性性质,滑移板产生滑动,由于没有设备可以提供复位力,隔震层在地震作用结束后将保留残余位移。目前对这种串联基础隔震体系的研究较少。
2、并联组合隔震体系
并联隔震支座采用夹层橡胶垫与摩擦滑移支座并列设置,由两者共同承受上部结构重力荷载。它克服了橡胶垫价格高、摩擦滑移支座不能自动复位的弊端,橡胶垫能够提供足够的弹性恢复力、并且使结构刚度减小、周期延长,与此同时摩擦滑移支座可增大阻尼、具有良好耗能能力和经济效益。在实际工程运用中,根据建筑结构形式、安全经济性,采用并联组合隔震体系,合理设计,具有较大优越性。
并联组合隔震体系中,竖向荷载由橡胶隔震支座和摩擦滑移支座共同承担,铅芯橡胶隔震支座提供阻尼和恢复力,摩擦滑移支座提供阻尼,在水平地震作用下隔震层的滞回环更加饱满,结构的隔震耗能效果更优。
参 考 文 献
[1]日本免震构造协会.图解隔震结构入门[M].北京:科学出版社,1998.
[2]尚守平.结构抗震设计[M].北京:高等教育出版社,2003.