消能減震理論及工程應用

1、消能減震理論及工程應用摘要:傳統(tǒng)的抗震方法是房屋上部構造和根底牢牢地連接在一起,地震時,地面運動能量經過根底輸入到房屋構造,致使房屋構造發(fā)生振動、變形,甚至倒塌?！跋芨粽鸬母舅枷胧鞘垢缀蜕喜糠课輼嬙靹e離,隔離地震能量向建筑物的輸入。實現(xiàn)地震時地動而建筑物根本不動,到達保證建筑物平安的目的。關鍵詞:地震;隔震消能;橡膠支座;感應氣墊;彈簧輕軌1地震的產生及我國國情由于地球在不斷運動和變化,逐漸積累了宏大的能量,在地殼某些脆弱地帶,造成巖層突然發(fā)生破裂,或者引發(fā)原有斷層的錯動,這就是地震。地震分為構造地震、火山地震、陷落地震和誘發(fā)地震,絕大部分地震都發(fā)生在地殼中。我國地理位置位于世界兩大地震

2、帶環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間,受太平洋板塊、印度板塊和菲律賓海板塊的擠壓,地震斷裂帶非?；顫?。20世紀以來,我國共發(fā)生6級以上地震近800次,遍布除貴州、浙江兩省和香港特別行政區(qū)以外所有的盛自治區(qū)、直轄市。地震活動頻度高、強度大、震源淺、分布廣,是一個震災嚴重的國家。1900年有記錄以來,我國死于地震的人數(shù)達55萬之多,占全球地震死亡人數(shù)的53%;地震成災面積達30多萬平方公里,房屋倒塌達700萬間。地震及其他自然災害構成我國的根本國情之一。2地震對建筑物的破壞情況及原因地震造成的破壞留給人類是深入的。國內外大量的地震災害說明,地震雖不可抗拒,但可以通過消能減震技術來減輕對建筑物的破壞。下

3、面就幾起大的地震來說明建筑物所遭受破壞的情況,迫切說明建筑物需要消能減震技術的應用。2.1唐山地震1976年7月28日,唐山發(fā)生了里氏7.8級的強烈地震,這次地震的一個重要特點就是位于震中區(qū)的建筑物普遍倒塌。震前唐山市的根本烈度定為6度,各類多層鋼筋混凝土框架構造大多未按抗震要求設防。在9、10度區(qū),框架遭受中等或嚴重破壞甚至倒塌,主要震害是節(jié)點或柱端混凝土嚴重壓碎,鋼筋嚴重壓曲,節(jié)點破壞后柱端程度斷裂、錯位,主體承重構造破壞,尤其是承受重力的豎向構件(柱)的破壞,造成整個框架構造的倒塌。很少有倒塌瓦礫離原構造位置較遠的情況。說明程度地震運動的往復作用破壞了構造,使之成為部分或整體可動機構,而

4、最后倒塌那么主要是構造喪失了承受豎向載荷的才能所致。2.2云南瀾滄地震1988年11月6日在云南瀾滄縣發(fā)生了7.6級的強烈地震,地震區(qū)內的多層鋼筋混凝土框架構造多為近年來的新建筑,設計中雖然考慮了抗震因素,但由于設計不完善且施工質量較差,多數(shù)首層為空曠的營業(yè)廳,二層以上為用填充墻分隔成的辦公室或居室。瀾滄地震的主要破壞區(qū)域在近場區(qū)。整個在地震區(qū)見到的柱子破壞形態(tài)是沿橫軸方向,因層間剪切變形導致柱端出現(xiàn)程度開裂的彎曲破壞形態(tài)。沿縱軸方向因窗間墻體與過梁的約束,框架柱呈現(xiàn)出短柱的剪壓破壞形態(tài),互相垂直的兩程度軸向的地震輸入造成上述震害。2.3日本神戶地震1995年1月17日在日本關西兵庫縣發(fā)行了里

5、氏7.2級大地震,主要表現(xiàn)為豎向地震。神戶市存在著新老標準設計并存的建筑,78層框架構造較多,這次地震破壞相當嚴重,主要為鋼筋混凝土柱子的混凝土壓碎,縱筋壓屈,78層的框架除個別底層柱子破壞以外,多數(shù)框架柱都在第三或第四層發(fā)生破壞,主要原因是由于:(1)強梁弱柱,柱發(fā)生破壞導致框架中間層倒塌;(2)剛度突變層,如勁性鋼筋混凝土構造變?yōu)殇摻罨炷翗嬙斓淖兓瘜?(3)地震力沿高度分布不合理,不少框架構造整體傾斜倒塌。大量地震實例說明,工程建筑進展抗震設防,所造成災害的輕重程度是截然不同的。但經過抗震設防和加固的建筑工程也并不能完全有效地防御地震造成的破壞。目前,一種以柔克剛理念建造的消能減震房屋,

6、正日益受到人們的關注。轉貼于論文聯(lián)盟.ll.3房屋建筑的隔震消能我國41%的國土、50%以上的城市位于地震烈度7度以上的地區(qū),面臨的地震災害形勢非常嚴峻。建造抗強烈地震的建筑物和構筑物是建筑工程領域重要的課題。傳統(tǒng)建筑物和構筑物采用進步構造強度和塑性變形才能來抵御和減小地震的破壞作用。由于傳統(tǒng)的抗震方法并沒有解決房屋上部構造和根底整體剛性的問題,地震時,地面運動能量經過根底輸入到房屋構造,致使房屋構造發(fā)生振動、變形,甚至倒塌。根底隔震方法是在建筑物和構筑物根底部位設置橡膠支座,利用橡膠支座程度柔性形成的柔性隔離層吸收或散耗地震能量,阻止或減小地震能量向建筑物和構筑物上部構造傳遞,使整個建筑物和

7、構筑物自振周期延長,從而減小建筑物和構筑物上部構造對地震的反響?！案粽鹣艿母舅枷胧鞘垢缀蜕喜糠课輼嬙靹e離,隔離地震能量向建筑物的輸入。實現(xiàn)地震時地動建筑物根本不動,到達保證建筑物平安的目的。泉州市天都廣場寫字樓(17層)工程是在根底和上部房屋構造之間設置一種特殊裝置隔震層,是由橡膠隔震支座和阻尼器組成。橡膠隔震支座由復合材料體和上、下連接件三部分組成。復合材料體是由一層鋼板一層橡膠交替疊合而成,在垂直方向具有很高的強度,能支撐起建筑物重量。程度方向很輕柔,可以有效隔離地震能量向上部房屋構造的輸入。通過橡膠隔震支座剪壓試驗,垂直力模擬房屋等重量,程度推動支座底部挪動模擬地震時的地面挪動,檢

8、測挪動量的數(shù)值是22,相當于8度地震區(qū)遇到罕遇地震時支座的挪動量?？梢?罕遇地震時隔震支座能把房屋平安托起。橡膠隔震支座作為消費廠家產品出售時,必須通過53項指標試驗到達標準才算合格。事實上泉州地區(qū)受臺灣海峽屢次大地震的影響,采用隔震技術的建筑在地震時,隔震房屋自身變形很孝只作微略的平動,根本感覺不到震感,而同樣周邊未設置隔震層的建筑物卻明顯感到強烈的震感,即便是按泉州市7度抗震設防要求的建筑物也不例外。同樣數(shù)據顯示,1994年1月的美國洛杉礬大地震和1995年1月的日本阪神大地震中,采用疊層隔震橡膠支座系統(tǒng)的建筑物在地震中顯示出優(yōu)異的抗震效果,不僅建筑物未倒,而且里面的設施也未被破壞。泉州市

9、僑鄉(xiāng)體育館為使建筑物內的梁與柱的穿插處有一定的靈敏性,采用了具有象橡皮筋那樣的伸展性的鋼纜繩,貫穿在預制混凝土框架內,鋼纜繩會讓地震造成的建筑物變形,但隨后立即恢復原狀,通過計算,這樣的建筑構造可以抵御里氏9級左右的地震。4完畢語由于縱波在地球內部傳播速度大于橫波,所以地震時,縱波總是先到達地表,橫波落后一步。但橫波卻是地震時造成建筑物破壞的主要原因。發(fā)生地震時,人們先感到上下顛簸,數(shù)秒后才感到強烈的程度晃動。根據地震這種特性,我們可以制定縱波感應器,并且在建筑物根底安裝像汽車平安氣囊的感應氣墊,一旦地震降臨,縱波感應器啟動,在橫波能量對建筑物造成破壞前感應氣墊膨脹并把來自于縱波的能量進展消能。同時通過輸入設防等級橫波的最大能量,計算出建筑物的程度位移,并在根底支座安裝彈簧輕軌,保證建筑物程度的最大位移,抵消來自橫波程度剪力對建筑物的破壞,并使建筑物恢復到原來的位置(有類似“不倒翁性質)。隨著科技的不斷開展,也可以在建筑物的混凝土柱參加某種纖維外