隔震結(jié)構(gòu)的抗震性能

隔震結(jié)構(gòu)的抗震性能

0隔震結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)傳統(tǒng)的抗彎結(jié)構(gòu)主要利用結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)的側(cè)超載結(jié)構(gòu)的塑性變形和能耗來(lái)消耗地震的能量。因此，這些地區(qū)的能耗性能對(duì)這些地區(qū)的抗彎能力和效率特別重要。一旦由于某些因素而導(dǎo)致這些區(qū)域產(chǎn)生問(wèn)題,則就會(huì)嚴(yán)重地影響結(jié)構(gòu)的抗震性能,甚至產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。在以往的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中,主要通過(guò)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中設(shè)置多道抗震設(shè)防線、選用耗能構(gòu)件和對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度、承載力、延性的合理匹配來(lái)提高結(jié)構(gòu)抗震性能。隔震結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)相比具有以下特點(diǎn):1)這種隔震結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)是傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)的1/4～1/12,提高了結(jié)構(gòu)的地震安全性及舒適感。2)防止了非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞和建筑物內(nèi)物品的振動(dòng)、移動(dòng)和翻倒。3)降低了房屋結(jié)構(gòu)造價(jià)。雖然隔震裝置需增加約5%的造價(jià),但由于地震時(shí)上部結(jié)構(gòu)的地震作用大大降低,使上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面、配筋減少,構(gòu)造措施和施工簡(jiǎn)單,隔震結(jié)構(gòu)總造價(jià)仍可降低。4)結(jié)構(gòu)平立面設(shè)計(jì)較為靈活。5)可以保持儀器和設(shè)備的正常使用功能。1隔震支架、踏步式隔震抗震結(jié)構(gòu){利用強(qiáng)度抵抗(彈性設(shè)計(jì)方法)利用滯回衰減方法(彈塑性設(shè)計(jì)方法){利用強(qiáng)度抵抗(彈性設(shè)計(jì)方法)利用滯回衰減方法(彈塑性設(shè)計(jì)方法)隔震結(jié)構(gòu)???????????柔性底部結(jié)構(gòu)?????多層橡膠隔震器軟弱層結(jié)構(gòu)雙重柱結(jié)構(gòu)機(jī)械隔離方法(滑移型隔震器){柔性底部結(jié)構(gòu){多層橡膠隔震器軟弱層結(jié)構(gòu)雙重柱結(jié)構(gòu)機(jī)械隔離方法(滑移型隔震器)橡膠墊隔震:用作隔震裝置的橡膠墊,可用天然橡膠,也可用人工合成橡膠。為提高墊塊的豎向承載力和豎向剛度,橡膠墊一般由橡膠片與薄鋼板疊合而成。橡膠墊的水平剛度一般為豎向剛度的1%左右,且具有顯著的非線性特性。小變形時(shí),由于剛度較大,對(duì)抗風(fēng)性能非常有利,可以保證建筑物的正常使用功能;大變形時(shí),橡膠的剪切剛度下降很多,可以大大降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率,減小振動(dòng)反應(yīng)。V形杯口橡膠墊隔震支座:英國(guó)某醫(yī)學(xué)院教學(xué)樓,于20世紀(jì)60年代采用了盆式橡膠隔震技術(shù)。為了使樓內(nèi)的電子顯微鏡正常工作,這幢樓建在一塊鋼筋混凝土板上,板下伸出4條鋼筋混凝土支腳,放置在V形杯口狀的基礎(chǔ)上。在V形杯口內(nèi)墊一層10cm的天然橡膠起隔震作用。支腳設(shè)計(jì)成可用千斤頂頂起的形式,以便于更換橡膠。輥軸隔震:日本松下清夫于1966年提出了一項(xiàng)輥軸隔震專(zhuān)利。該裝置是在基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置上、下部?jī)蓪颖舜舜怪钡妮佪S,輥軸在橢圓形的弧溝槽內(nèi)滾動(dòng),因而該裝置具有自己復(fù)位的能力。滾珠隔震:墨西哥的工程師Flores設(shè)計(jì)了一種滾珠隔震裝置,在一個(gè)直徑為50cm的高光潔度的鋼盤(pán)內(nèi)安放400個(gè)直徑為0.97cm的鋼珠,鋼珠用鋼箍圈住,不致散落,上面再覆蓋鋼盤(pán)。該裝置已用在墨西哥城一幢5層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的學(xué)校建筑中底層柱腳和地下室柱頂之間。為保證不在風(fēng)載下產(chǎn)生過(guò)大的水平位移,地下室采用了交叉鋼拉桿風(fēng)穩(wěn)定裝置。1973年,日本吉田芳提出了采用橫向油壓千斤頂定位的滾珠隔震方案。其構(gòu)造為:上部結(jié)構(gòu)與平板基礎(chǔ)之間設(shè)置滾珠,在平板基礎(chǔ)周邊凸緣與上部結(jié)構(gòu)下角之間安裝油壓千斤頂,千斤頂上部裝有地震傳感控制機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)一感到有震時(shí),馬上解除千斤頂?shù)耐茐毫?滾珠即可把水平向的地震動(dòng)隔開(kāi)。震后若建筑物不在原位,可開(kāi)動(dòng)油壓千斤頂使之復(fù)位。在日常風(fēng)載作用下,油壓千斤頂可防止建筑物移動(dòng)。搖擺支座隔震:由日本提出。這是在杯形基礎(chǔ)內(nèi),設(shè)置上下兩端有豎孔的雙圓筒搖擺體?？變?nèi)穿預(yù)應(yīng)力鋼絲束,并錨固在基礎(chǔ)和上部蓋板上,起到壓緊搖擺體和提供復(fù)位力的作用。在搖擺體和基礎(chǔ)壁之間填充瀝青或散粒物,可為振動(dòng)時(shí)提供阻尼。試驗(yàn)證明,當(dāng)?shù)孛婕铀俣确颠_(dá)330cm/s2時(shí),隔震房屋的加速度反應(yīng)減至1/3左右。踏步式隔震支座:由新西蘭提出,用于細(xì)高的結(jié)構(gòu)物,如煙囪、橋墩和框架筒體建筑等。這種踏步式隔震支座,對(duì)于外邊緣點(diǎn)出現(xiàn)的豎向相對(duì)位移,可安裝豎向工作的阻尼器吸收能量。這種支座已應(yīng)用到實(shí)際結(jié)構(gòu)中,如新西蘭Rangitikei鐵路橋的3個(gè)65cm和2個(gè)40cm高橋墩采用了踏步式隔震支座,踏步最大可升起10cm;惠靈頓一幢4層辦公樓采用這種支座,支座可升起15cm?；瑒?dòng)摩擦隔震基礎(chǔ):這種隔震基礎(chǔ)是在上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間設(shè)置可相互滑動(dòng)的滑板,風(fēng)載或小震時(shí),靜摩擦力使結(jié)構(gòu)固結(jié)于基礎(chǔ)上;大震時(shí),結(jié)構(gòu)水平滑動(dòng),其摩擦阻尼起消耗地震能量,減小地震的作用。2結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)隔震層的位置:設(shè)置在建筑物最小層的基礎(chǔ)隔震和設(shè)置在建筑物中間層的中間層隔震。在實(shí)際工程中,主要根據(jù)建筑物的用途、性能、造價(jià)等因素來(lái)進(jìn)行綜合判斷確定合適的隔震層位置。隔震層水平剛度的結(jié)構(gòu)方案:為了提高隔震效果,隔震層的水平剛度應(yīng)十分低,使建筑物的自振周期增大。在實(shí)際中,可以采用大間距、大直徑多層橡膠的結(jié)構(gòu)方案,使得每個(gè)隔震器的受荷面積增大,而總數(shù)減少。多層橡膠層不產(chǎn)生拉力的結(jié)構(gòu)方案:多層橡膠受拉剪的試驗(yàn)資料比受壓剪的少,應(yīng)保證其受力可靠。因此,多層橡膠與上部結(jié)構(gòu)不采用螺栓連接而采用鉸接連接,使多層橡膠層不產(chǎn)生拉力。凈空間距:在遭遇特大地震作用時(shí),建筑物的變形不能導(dǎo)致碰撞。因此,在水平方向上,應(yīng)保證具有上部結(jié)構(gòu)地震變形的1.5倍～2.1倍的凈空間距。隔震構(gòu)件的置換:隔震建筑中,變形和能量吸收都集中在隔震層,因此隔震層構(gòu)件有可以置換隔震結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。特別是與隔震器獨(dú)立的阻尼器置換一般較為方便。由于隔震器承受建筑物的重量,不如阻尼器置換容易。一般采用在建筑物或局部設(shè)置千斤頂來(lái)置換隔震器或?qū)ζ浼庸獭?隔震措施分析近年來(lái),一些國(guó)家對(duì)基底隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究和試驗(yàn),并將其成果廣泛地應(yīng)用到了實(shí)際工程中。美國(guó)的第一個(gè)基底隔震結(jié)構(gòu)是一個(gè)司法事務(wù)中心樓,是迄今采用橡膠墊塊隔震的最大工程項(xiàng)目。該建筑距SanAndreas斷層只有20km,這幢建筑共使用了98個(gè)橡膠墊塊。支座的足尺試驗(yàn)結(jié)果表明,支座的變形值在容許變形值范圍之內(nèi)。沈陽(yáng)市文化路小學(xué)教學(xué)樓是沈陽(yáng)市第一幢橡膠墊隔震建筑。結(jié)構(gòu)類(lèi)型為磚混結(jié)構(gòu),總建筑面積為7210m2,高度為22.5m,設(shè)防烈度為7度,建筑場(chǎng)地屬抗震規(guī)范Ⅱ類(lèi)。由于使用功能的要求,原設(shè)計(jì)方案不滿足抗震規(guī)范要求(超高,大開(kāi)間)。為解決這一矛盾,采用了橡膠墊隔震措施,整個(gè)建筑布置了103個(gè)橡膠墊?；瑒?dòng)支座隔震措施簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì),同時(shí)施工不需要復(fù)雜技術(shù),這種隔震技術(shù)在我國(guó)得到了應(yīng)用。我國(guó)已建造了4幢使用摩擦基底隔震的建筑物,均采用砂子作滑移材料。國(guó)內(nèi)外研究和使用較多的隔震結(jié)構(gòu)之一是橡膠墊塊隔震系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)采用橡膠墊塊隔震層后,其振動(dòng)周期大大增加,偏離地震動(dòng)的卓越周期,非常有效地減小了上部結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)。為了增加阻尼,可在支座中間加插鋼棒或鉛棒。鋼棒或鉛棒的另一作用是增加支座的早期剛度,有利于結(jié)構(gòu)在風(fēng)和小震作用下保持穩(wěn)定。橡膠墊塊隔震系統(tǒng)造價(jià)較高,且尚存在橡膠老化、鋼板銹蝕等問(wèn)題。另外,鉛芯橡膠支座中鉛芯容易斷裂,這就需要研究人員解決橡膠的老化問(wèn)題,并通過(guò)試驗(yàn)尋找一種阻尼和鉛的阻尼大體相同,但沒(méi)有鉛容易斷裂的材料。滑動(dòng)支座隔震是另一種值得深入研究的隔震措施,通常的滑動(dòng)面為平面。該隔震系統(tǒng)利用滑移摩擦層抗剪強(qiáng)度小的特點(diǎn)隔離水平地震作用,同時(shí)又利用滑動(dòng)摩擦力來(lái)消耗能量。這類(lèi)隔震系統(tǒng)成本低,且不具有明顯的頻率特性,對(duì)輸入的頻率特征依賴性小。但是,由于往復(fù)滑動(dòng)時(shí)摩擦力產(chǎn)生的階躍突變會(huì)在一定程度上激發(fā)上部結(jié)構(gòu)的高頻響應(yīng),隔震效果不及橡膠墊塊。此外