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橡胶

在高层建筑物中使用隔震橡胶支座技术分析:

隔震橡胶支座

2010年4月14日7时49分,青海省玉树藏族自治州玉树县发生里氏7.1级强烈地震,这次地震灾害破坏之严重、人员伤亡之多、救灾难度之大,是青海历史上空前的。”截止4月25日17时,地震造成2220人遇难,70人失踪。我们知道:地震是一种危害性极大的随机性自然灾害,会给人类带来巨大的灾难,人们在与其长期地抗争过程中,不断地总结经验,寻求着更好的抗震防灾措施,使抗震理论日趋发展.目前,在国内外普遍采用的传统抗震技术基础上,又产生了一种新的抗震设计理论结构控制和控制结构理论.结构控制又称主动控制,主要研究结构工程中控制装置的设计理论、方法和实施;控制结构又称被动控制,是根据给定的条件将结构和控制装置作为一个整体进行优化设计.由于主动控制制约因素多、造价昂贵等原因,其应用研究尚处在开创阶段;而被动控制的应用研究正是国际土木工程界的热门话题之一.其中,基础隔震是结构被动控制中最重要的一项内容.

因为在地震发生时,我们是通过建筑隔震橡胶支座来延长建筑结构的振动周期并给予较大的阻尼,使结构的加速度反应大大降低。同时,对结构产生的较大位移也是由隔震支座中的隔震层来提供,而不由上部结构自身的相对位移来承担,从而避免或大大减轻由地震作用所造成的灾害。

关键词:建筑隔震橡胶支座、隔震、阻尼、基础隔震技术。

隔震抗震橡胶支座是在建筑物的上部结构与基础顶面之间设置一层具有足够可靠性的隔震层,使上部结构与基础分离,阻隔地震波向上部结构的传播,使输入结构的地震能量被隔震层的耗能元件吸收,从而大大减少上部结构的地震反应,以保证建筑物的安

一、基础抗震橡胶支座与普通抗震技术的区别

经过多年发展,现在中国拥有与美国、日本等先进国家同等级的防震技术——基础隔震技术。当前最进的基础隔震技术是通过高新技术产品——建筑隔震橡胶支座,将上部建筑结构与下部地基结构隔离,由于建筑隔震橡胶支座中的隔震层刚度小,柔性强,当地震发生时隔震层将发挥“隔”的作用,代替上部结构承受地震强烈的位移动力,以此来隔离或耗散地震的能量,避免或减少地震能量向上部结构传输,此时,由于隔震层的作用,延长结构的周期并给予较大的阻尼,使上部建筑结构的反应相当于不隔震情况下的1/4~1/8,近似平动,从而“隔离”了地震的作用就产生了。传统的建筑抗震技术主要特点是“抗”:上部建筑的基础与地基牢固的联结在一起,由于地震作用,引起上部建筑结构一起发生运动,此时上部结构就像电路上的放大器,对地面运动的作用力进行惯性放大作用(一般建筑物可放大2~5倍 (如图CJ-1左),所以上部建筑结构要承受比地面还要大的地震作用破坏力,当建筑材料超过极限承载能力后,建筑物就会发生破坏、坍塌等地震灾害现象。从以上对比可以看出,基础隔震技术已经从“抗”到“隔”,突破了人们的传统设计观念,形成了中国抗震技术史上的一次重大革命。 

二、关于建筑隔震橡胶支座的应用实例

对于在高层建筑物上,安装建筑隔震橡胶支座早在上世纪80年代就开始了.日本阪神地区的一次地震,就是真实一例。1995年1月17日,日本阪神地区发生里氏7.2级地震,造成了令人震惊的惨重损失。在这次地震中,距离震中35公里的西部邮政大楼中采用的基础隔震技术发挥了很好的隔震减震效果,其所处场地的地震危害程度达到了震度7度(相当于我国地震烈度的9~10度),地震中及地震后,整幢大楼一切照常运转。与此例相似,1994年1月17日,美国洛杉矶北岭的地震中,采用同种基础隔震技术的南加利福尼大学校立医院表现同样出色,震后不仅不影响营业,还在震后救灾中发挥了出色的救援作用,而位街对面的洛杉矶乡村医院则遭到了严重破坏基础隔震技术至今被国内许多生命线工程所采用,同时建筑隔震支座被编入抗震设计规范中。基础隔震技术被称为面向21世纪的抗震新技术,同时,建筑隔震橡胶支座也成为跨世纪的抗震新产品。

三、对于建筑隔震橡胶支座的构造及类型

建筑隔震橡胶支座由多层橡胶和多层钢板交替叠置组合而成,对应不同建筑、桥梁的要求,隔震橡胶支座可以有不同的叠层结构、制造工艺和配方设计,以满足所需要的垂直钢度、侧向变形、阻尼、耐久性、倾覆提离等性能要求,并保证具有不少于60年的使用寿命。建筑隔震橡胶支座一般分为普通型(无铅型GZP)和有铅型(GZY)两种(如图CJ-2)。 

四、我们对于建筑隔震橡胶支座的优点及主要性能要求

1、对于建筑隔震橡胶支座支座的优点:建筑隔震橡胶支座除了本身的隔震力学性能满足抗震设计及使用要求外,还具备以下优点:一是建筑隔震橡胶支座耐久性好,抗低周期疲劳性能、抗热空气老化、抗臭氧老化、耐酸性、耐水性均较好,其寿命可达80~100年,期间的隔震力学性能不会发生明显变化,也就是说在80年之内不会影响使用,可见,与建筑物具有同等寿命。二是具有足够的安全储备,水平变形250%不会影响使用,另外具有足够竖向承载力保证稳定的支撑建筑物(如图CJ-3),建筑隔震橡胶支座结构中的隔震层具有稳定的弹性复位功能,能在多次地震中自动瞬时复位.这是摩擦滑移隔震体系所完全不能相比的。因建筑隔震橡胶支座的设计与配方科学合理,与传统的抗震结构相比,上部结构的地震反应减小到前者的1/4~1/8左右,安全可靠度大大提高,建筑的设防目标一般可以提高一个设防等级;传统的设防目标是“小震不坏,中震可修,大震不倒”,而隔震建筑能做到“小震不坏,中震不坏或轻度不坏,大震不丧失使用功能,”其潜在的经济效益和社会效益是十分可观,按施工经验,隔震结构一般比非隔震结构造价降低7%~15%。

2、建筑隔震橡胶支座的主要性能要求。因其设计参数较多,详细可见标准《GB 20688.3-2006》即可。

五、关于使用隔震橡胶支座的原理

通过建筑物的地震反应谱可以很好地说明基础隔震原理,加速度反应谱和位移谱曲线(如图CJ-4)。对建筑物地震反应有重要影响的因素主要有两个:一个是结构的周期,另一个是阻尼比。普通非隔震中低层建筑物的刚度大、周期短,其基本周期正好在地震输入能量最大的频段上。因此相应的加速度反应比地面运动放大得多,而位移反应却较小,如图中A点所示。如果延长建筑物的周期,而保持阻尼不变,则加速度反应被大大降低,但位移反应却有所增加,如图中B点所示。如果继续加大结构的阻尼,加速度反应则继续减弱,且位移反应也得到明显降低,如图中C点。这就是说,通过隔震支座来延长结构的周期并给予较大的阻尼,就可使结构上的加速度反应大大降低。同时,对结构产生的较大位移也是由隔震支座中的隔震层来提供,而不由上部结构自身的相对位移来承担。这样,上部结构在地震过程中就会

发生接近平移的运动,大大提高了上部结构的安全度。如果汶川等受震灾区的生命线工程都采用了基础隔震技术,损失一定会大大减少,然而,面对灾难,我们不能一味地只作假设。作为一名多年在基础隔震技术领域从事研究的技术人员,在地震发生后,特匆匆撰写本文,算是对抗震救灾出一份绵薄之力,也算是对那些逝去生命的些许告慰,呼吁桥梁、房屋等建筑不得忽视基础隔震设施。同时,本人及本公司愿为各地抗震办、设计单位免费提供建筑隔震橡胶支座的各项技术数据与咨询工作,以对灾区重建及中国的隔震建设事业奉献一份力量。