隔震結(jié)構(gòu)抗震分析方法綜述

1、隔震結(jié)構(gòu)抗震分析方法綜述劉暢土木工程2014105110隔震結(jié)構(gòu)抗震分析方法綜述 摘要：作為突發(fā)的自然現(xiàn)象，地震給人們?cè)斐闪瞬豢赏旎氐木薮髶p失, 文章通過(guò)介紹地震的危害，引出新技術(shù)隔震結(jié)構(gòu)。指出了隔震結(jié)構(gòu)的 基本構(gòu)成以及其對(duì)比傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)越性，并總結(jié)了近些年 在期刊、專(zhuān)著或者是學(xué)位論文中在隔震結(jié)構(gòu)的抗震分析中使用到的幾 種基本方法。文章最后，辯證的指出了目前隔震結(jié)構(gòu)研究還存在的問(wèn) 題，展望了不久的將來(lái)。關(guān)鍵詞：地震、隔震結(jié)構(gòu)、抗震分析；地震是一種突發(fā)性的口然現(xiàn)象，地震時(shí)釋放的地震能量 造成了人類(lèi)生命和財(cái)產(chǎn)的巨大損失，是人類(lèi)所面臨的最主要 的自然災(zāi)害之一。傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)致力于保證結(jié)構(gòu)本

2、身具有 足夠的強(qiáng)度、剛度和延性，使建筑做到“小震不壞，中震可 修，大震不倒”，從而達(dá)到減輕地震災(zāi)害的冃的。但是，從 最近幾年發(fā)生的四川汶川地震和海地地震造成的巨大災(zāi)難 來(lái)看，原有抗震模式在強(qiáng)震下的不足，并且隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的 快速發(fā)展，大量不同性質(zhì)，不同類(lèi)型的建筑物如雨后春筍般 拔地而起。如何最大限度的確保在強(qiáng)烈地震作用下此類(lèi)結(jié)構(gòu) 的安全，不致使人民生命安全和財(cái)產(chǎn)遭受重大損失；如何保 證地震發(fā)生時(shí)建筑物內(nèi)精密技術(shù)設(shè)備能夠止常運(yùn)行而不會(huì) 由于遭受建筑物的地震反應(yīng)而破壞，這些都是結(jié)構(gòu)工程技術(shù) 人員面臨的一個(gè)現(xiàn)實(shí)而又重大的課題，而我們稱(chēng)之為“工程 結(jié)構(gòu)的減震控制技術(shù)”的出現(xiàn)及其應(yīng)用（即隔震技術(shù)），同吋滿(mǎn)

3、足了結(jié)構(gòu)的使用性和安全性要求，也為解決這類(lèi)特殊問(wèn)題 開(kāi)辟了新的途徑，各種隔震結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用也成為一種未 來(lái)結(jié)構(gòu)抗震的趨勢(shì)和潮流。隔震是種革新的抗震方法，它旨在解除結(jié)構(gòu)與地面運(yùn) 動(dòng)的耦聯(lián)關(guān)系，通過(guò)增加結(jié)構(gòu)的柔性與提供附加阻尼來(lái)減小 輸入到結(jié)構(gòu)中的地震作用。我國(guó)的隔震研究開(kāi)始于上個(gè)世紀(jì) 70年代，早期主要是針對(duì)砂墊層滑移隔震的研究，并在云南和四川進(jìn)行了小型工程試點(diǎn)。80年代后，開(kāi)始了采用多種隔 震裝置的隔震結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用嘗試，并陸續(xù)建成了沙墊層隔震建筑、滑移塊隔震建筑、石墨砂漿層鋼棒消能隔震建筑,且于1994年建成了第一幢疊層橡膠支座隔震住宅樓。此后, 采用橡膠隔震支座的隔震建筑和滑移支座的隔震建

4、筑在我 國(guó)不斷得到應(yīng)用。結(jié)構(gòu)隔震體系是指在結(jié)構(gòu)物底部或某層間設(shè)置隔震裝 置而形成的結(jié)構(gòu)體系，它包插上部結(jié)構(gòu)，隔震層和下部結(jié)構(gòu) 三部分。隔震層可以有四個(gè)不同的位置布置，即基礎(chǔ)隔震， 層間隔震，首層隔震和頂層隔震。隔震結(jié)構(gòu)體系是區(qū)別于傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)體系的一種被動(dòng) 控制體系，通過(guò)設(shè)置隔震層來(lái)吸收并消耗地震能量，減小結(jié) 構(gòu)的地震反應(yīng)，確保結(jié)構(gòu)的安全。隔震結(jié)構(gòu)體系改變了傳統(tǒng) 抗震結(jié)構(gòu)體系的耗能原理，即通過(guò)隔震層的耗能裝置、而不 是結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件來(lái)吸收并消耗地震能量，這種優(yōu)越的耗能 特性是傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)體系所不能夠?qū)崿F(xiàn)的。經(jīng)過(guò)近三十年的 研究，隔震技術(shù)在應(yīng)用基礎(chǔ)理論和工程應(yīng)用等方而取得了較 大的研究成果?？谇?/p>

5、結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析方法主要分為兩大類(lèi):吋域分析 方法和頻域分析方法，文獻(xiàn)，2,等對(duì)隔震結(jié)構(gòu)的時(shí)域 分析方法有較詳細(xì)的論述，計(jì)算模型有：質(zhì)點(diǎn)系平動(dòng)模型； 質(zhì)點(diǎn)系平動(dòng)加轉(zhuǎn)動(dòng)模型；考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)系模型；空間 分析模型等?，F(xiàn)階段非隔震的高層和超高層隔震建筑，進(jìn)行 彈塑性地震反應(yīng)的分析模型和計(jì)算軟件已經(jīng)在工程界得到 了較廣泛的應(yīng)用。對(duì)于高層和超高層、塔型等大高寬比隔震 結(jié)構(gòu)體系，市于振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究、工程應(yīng)用、強(qiáng)震觀測(cè)記錄、 震害觀測(cè)等方面的不足，需要在地震反應(yīng)計(jì)算分析模型、簡(jiǎn) 化計(jì)算模型和實(shí)用設(shè)計(jì)法等方面進(jìn)行深入的研究探討。我國(guó)2010年頒布的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范提出對(duì)多層隔震結(jié)構(gòu) 房屋可以采用剪切型多質(zhì)點(diǎn)計(jì)

6、算模型計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)， 對(duì)大高寬比的高層和超高層、塔型隔震結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算模型 等都沒(méi)有作說(shuō)明。在篇名為夾層橡膠基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)動(dòng) 力分析的碩士學(xué)位論文進(jìn)行析基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析時(shí)， 采用的是基本的多質(zhì)點(diǎn)隔震體系模型，與z相近研究方向的 關(guān)于基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)體系的分析的碩士學(xué)位論文，均采用的多 質(zhì)點(diǎn)模型；一篇橡膠隔震支座力學(xué)性能及隔震結(jié)構(gòu)地震反 應(yīng)分析研究的博士學(xué)位論則研究探討采用多質(zhì)點(diǎn)系計(jì)算模 型計(jì)算大高寬比隔震結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)；對(duì)底層柱頂隔震結(jié)構(gòu) 在設(shè)防烈度和超設(shè)防烈度作用下的抗震性能分析，應(yīng)用有限 元軟件建模，進(jìn)行動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析；大底盤(pán)多塔隔震 結(jié)構(gòu)的抗震分析方法同樣也是軟件建模之后進(jìn)行同時(shí)

7、考慮 上部結(jié)構(gòu)彈塑性與隔震支座非線(xiàn)性行為的抗震分析；大跨度 連續(xù)鋼桁梁橋的抗震性能采用通用有限元程序建立該橋空 間有限元模型，采用非線(xiàn)性吋程分析方法對(duì)未隔震及應(yīng)用摩 擦擺支座隔震后的橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行分析；在某些情況下， 隔震結(jié)構(gòu)采用分離式計(jì)算方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，市于使用統(tǒng)一 的減震系數(shù)，部分樓層剪力調(diào)整偏大。采用振型分解反應(yīng)譜 法，將隔震層和上部結(jié)構(gòu)作為整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可有效解決 這一問(wèn)題。其實(shí)總結(jié)起來(lái)看，不難發(fā)現(xiàn)，冃前關(guān)于隔震結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 雖然在汶川等大型地震z后備受關(guān)注，但是市于我國(guó)在此方 面發(fā)展起步較晚，面對(duì)的問(wèn)題相對(duì)較少，所以并不如日本以 及歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家。對(duì)于隔震結(jié)構(gòu)的抗震分析的方法雖然

8、看 起來(lái)比較少，顯得單薄，但是也能比較正確的解決我國(guó)口前 所面臨的問(wèn)題，能比較好的對(duì)需要的隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì) 算。目前，隔震結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍由前文，根據(jù)隔震層的位置 分為基礎(chǔ)隔震，層間隔震，首層隔震和頂層隔震。根據(jù)查詢(xún) 的眾多資料文獻(xiàn)可以看出，有的吋候如果隔震層位置在層 柱頂，也是可以歸類(lèi)為基礎(chǔ)隔震，而很多學(xué)者研究方向也是 放在基礎(chǔ)的隔震研究，只有少部分研究是在層間隔震以及頂 層的隔震；對(duì)于不同的行業(yè)，有比如關(guān)于大跨度連續(xù)鋼桁梁 橋支座隔震研究。當(dāng)然，也有一些比較不一樣的研究重點(diǎn)， 比如新型鋼筋層的隔震。隨著現(xiàn)今社會(huì)越來(lái)越多的自然地震 災(zāi)害，以及次生災(zāi)害，使得越來(lái)越多的學(xué)者放眼隔震系統(tǒng)和 隔震

9、結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，這必然讓我們?cè)诜勒饻p災(zāi)方面取得長(zhǎng)足進(jìn)o但是，應(yīng)理性的認(rèn)識(shí)到，基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論和方 法的研究還處于初始階段，還存在著很多的困難和問(wèn)題，在 總結(jié)國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域研究成果的基礎(chǔ)上，在以下幾個(gè)方面的認(rèn) 識(shí)上還存在一定的問(wèn)題：1結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)的劃分。目前結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)的劃分依 據(jù)主要來(lái)自結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)和地震經(jīng)驗(yàn)，而現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)和居住環(huán) 境條件的改變使得原有的性能水準(zhǔn)的劃分不能很好適應(yīng)現(xiàn) 代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展。2、結(jié)構(gòu)性能設(shè)防口標(biāo)的選擇。原有建筑抗震設(shè)計(jì)的設(shè) 防冃標(biāo)主要是由工程師根據(jù)規(guī)范所規(guī)定的最低設(shè)防要求確 定的，缺少業(yè)主的主動(dòng)參與，而基于性能的抗震設(shè)計(jì)是在滿(mǎn) 足建筑性能最低社會(huì)需求的基礎(chǔ)上而向業(yè)主、注

10、重建筑個(gè)性 的，因此，考慮業(yè)主參與選擇的多級(jí)性能設(shè)防目標(biāo)亟待建立。3、描述結(jié)構(gòu)抗震性能的參數(shù)及其評(píng)價(jià)指標(biāo)。采用單一 的控制結(jié)構(gòu)破壞和結(jié)構(gòu)止常使用的性能參數(shù)有不盡科學(xué)與 完善之處，并且基于多級(jí)設(shè)防目標(biāo)的性能參數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)需要 大量的實(shí)驗(yàn)研究和工程經(jīng)驗(yàn)的積累。4、基于性能的抗震設(shè)計(jì)原則和效益評(píng)估?；谛阅艿?抗震設(shè)計(jì)是一種而向未來(lái)的設(shè)計(jì)，基于結(jié)構(gòu)全壽命周期的投 資-效益評(píng)估是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)決策的基本原則，而結(jié)構(gòu)全 壽命周期投資-效益評(píng)估是個(gè)涉及工程技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及 人類(lèi)倫理的復(fù)雜體系，目前仍是一個(gè)十分棘手的難題。我國(guó)算是一個(gè)自然災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)度，雖然沒(méi)有火山海嘯 的入侵，但是地震總是不可避免的。中

11、華民族是一個(gè)重視安 全的民族，這必將指導(dǎo)人們不斷研究具有安全保障的結(jié)構(gòu)物 或構(gòu)筑物，相信未來(lái)的研究前景必然光明。參考文獻(xiàn)：1 . architectural institute of japan. "recommendation for the design of base isolated buildingnm. 1993. tokyo: marozen corporatio n.2 .周福霖.工程結(jié)構(gòu)減震控制mj.1997.北京：地震出 版社.3 . bashshi, a., shimazu, t. and araki, h. "a practical proposal

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