隔震與消能減震設計簡介01116

1、隔震與消能設計簡介，主講人：廖世杰，隔震與消能設計簡介，抗震結構，1?？拐鸾Y構，利用結構構件的承載力和變形能力來抵抗地震作用和吸收地震能量。隔離結構，能量耗散結構，基于“阻力”。隔震結構，在上部結構和建筑物基礎之間設置滑動層，防止地震能量向上傳遞?；凇胺蛛x”。為了達到明顯的減震效果，基礎隔震系統(tǒng)通常需要具備以下四個特性：(1)承載特性：足夠的豎向強度和剛度來支撐上部結構的重量；(2)隔震特性：具有足夠的水平初始剛度，在風荷載和小震作用下，系統(tǒng)可保持在彈性范圍內(nèi)，滿足正常使用要求，而在中強地震作用下，其水平剛度較小，結構為柔性隔震結構體系；(3)復位特性：地震發(fā)生后，上部結構能夠恢復原狀，滿足

2、正常使用要求。(4)耗能特性：隔震系統(tǒng)本身具有很大的阻尼，可以在地震時耗散足夠的能量，從而減少上部結構吸收的地震能量。在對隔震體系的回顧中，基礎隔震的概念早在19世紀就已被提出，廣義隔震方案由來已久。例如，北京紫禁城有一個用糯米和石灰制成的柔性減震承重層；現(xiàn)代基礎隔震理論和實踐始于20世紀70年代，有許多基礎隔震方案，簡要介紹如下：1 .1891年合好藏“未受大地震影響的結構”早期隔震技術。右圖為1891年河合浩藏“未受大地震影響的構造”。隔震的概念是在基礎上并排放置幾層圓木，將建筑物的周圍挖空，這樣上部結構在地震時就可以被隔震?？ㄌm塔利斯提出的隔震結構的右圖是卡蘭塔利斯在1909年提出的基礎

3、隔震建筑方案。這種隔震結構是由建筑結構和基礎之間的滑石層隔開的，地震時建筑會發(fā)生滑動。中村太郎隔離結構的右圖是中村太郎在1927年提出的隔離結構方案。在這種隔離系統(tǒng)中，阻尼泵被用來耗散地面運動的能量，并且建筑物的地下立柱的上端和下端是鉸接的，因此建筑物可以水平和自由地移動。柔性首層建筑的概念是由馬特爾于1929年提出的，并由格林(1935)和雅各布森(1938)進一步研究和完善。下圖顯示了1934年大江健三郎的柔性層結構。地震時，柔性層變得塑性，結構剛度變小，結構基本周期延長，導致上部結構地震作用減小。為了克服柔性層結構帶來的缺陷，科學家們提出了多種滾動軸承隔離系統(tǒng)，包括球形和橢圓形工作元件。

4、然而，由于隔震的方向性和地震的方向性，這些類型的隔震系統(tǒng)還沒有得到推廣和應用。2。最新的隔離技術，疊層橡膠軸承隔離系統(tǒng)。南加州大學教學醫(yī)院是一個橡膠軸承隔離系統(tǒng)。該八層醫(yī)院基礎加速度為0.49克，頂層加速度僅為0.21克，加速度折減系數(shù)為1.8。但橄欖景醫(yī)院底層加速度為0.82g，頂層加速度為2.31g，加速度放大系數(shù)為2.8，顯示了橡膠支座隔震系統(tǒng)的優(yōu)越性。南加州大學醫(yī)院(隔離結構)，橄欖景醫(yī)院(抗震結構)。1994年1月17日，美國圣費爾南多發(fā)生了里氏6.7級的洛杉磯地震，這是一次直接地震，造成56人死亡，7300人受傷，造成巨大損失。震中附近有兩家醫(yī)院，一家有隔離結構，另一家有抗震結構。

5、美國加州中南部大學醫(yī)院、6-8英尺高的花瓶沒有一個掉下來，大樓里的各種機器都沒有損壞，醫(yī)院的功能得到了維護，成為了防災中心，發(fā)揮了非常重要的作用。橄欖景醫(yī)院(抗震結構)在1971年圣費爾南多地震中遭受巨大破壞，10年后重建，提高了抗震強度。在這次地震中，剪力墻產(chǎn)生了剪切裂縫，設備和機械、醫(yī)療機械和家具被掀翻，病歷等資料掉落和散落。此外，水管破裂，所有層都被淹沒，這使得這些建筑無法使用，完全失去了醫(yī)院的功能。隔離橡膠軸承包括天然夾層橡膠軸承、鉛橡膠軸承和高阻尼橡膠軸承。天然夾層橡膠軸承的結構如圖所示。天然夾層橡膠支座豎向剛度大，承受建筑物重量時豎向變形小，但水平剛度小，線性性能好。由于天然夾層橡膠支座的阻尼很小，沒有足夠的能量耗散能力，因此在結構使用中通常與其他阻尼器或能量耗散設備結合使用。鉛芯橡膠軸承鉛芯橡膠軸承最早是由ROBINSON及其公司在新西蘭開發(fā)的，并在中國、日本、美國、意大利等國家得到了極大的發(fā)展和應用。鉛芯橡膠軸承結構如圖所示。由于鉛芯橡膠支座不僅具有理想的豎向剛度，而且具有消耗地震能量的能力，因此鉛芯橡膠支座在結構應用中受到廣泛歡迎。下面的圖片是世界上第一座鉛橡膠支座的建筑(新西蘭威廉克萊頓大樓)，也是世界上地下室