淺述土木工程減震技術(shù)及其應(yīng)用

路立娜

（長春建筑學(xué)院，吉林 長春 130607）

傳統(tǒng)土木工程中的結(jié)構(gòu)抗震主要是通過彈塑性的設(shè)計手法，運用加強結(jié)構(gòu)自身的抗震性能來達到減震的效果，這種方式屬于被動的和消極性的減震對策。因為人們對未來的地震災(zāi)害的具體強度與實際的特性不能加以確定和估計，如果依照傳統(tǒng)的抗震手法來設(shè)計工程的結(jié)構(gòu)，就不具備相應(yīng)的自我調(diào)節(jié)能力。所以說，傳統(tǒng)的減震結(jié)構(gòu)設(shè)計不能很好的滿足土木工程的安全性能要求，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的倒塌或者是倒塌，由于減震技術(shù)的包含的范圍過大，本文就從其中較為典型和重點的隔震技術(shù)與耗能減震技術(shù)的方面來加以討論。

一、結(jié)構(gòu)減震的概念和分類

早在上世紀(jì)七十年代，姚治平先生首次明確的提出了土建工程中的結(jié)構(gòu)控制概念，并在論文“土木工程結(jié)構(gòu)減震概念”以及以后的論文中都相應(yīng)的指出了：應(yīng)用結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)是一個解決土木工程這種安全性問題的可替代的方法，這為結(jié)構(gòu)理論在土木工程中防震問題中提出了全新的方向。在近三十年的發(fā)展歷程中，國內(nèi)外的相關(guān)學(xué)者在土木工程的結(jié)構(gòu)控制的方式、實驗以及工程的應(yīng)用方面都取得良好的研究成果，工程結(jié)構(gòu)控制概念可以解釋為：通過對工程結(jié)構(gòu)施加相應(yīng)的控制體系，通過控制體系和結(jié)構(gòu)來共同承擔(dān)受震的作用，以此來調(diào)節(jié)和降低工程結(jié)構(gòu)中的振動效應(yīng)。

二、隔震控制技術(shù)

（一）隔震控制技術(shù)原理

在土木工程的建設(shè)當(dāng)中，隔震控制技術(shù)就是對由地震所產(chǎn)生的振動對建筑的整體結(jié)構(gòu)的隔離作用。工程中的防震體系基本都設(shè)置在工程結(jié)構(gòu)的最底部和基礎(chǔ)工程頂面之間，使得上部的結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)相分離。通過隔震體系來隔離地震波所產(chǎn)生的向上沖擊力，延長工程結(jié)構(gòu)的基本周期，從而降低建筑物的地震反應(yīng)，是的工程整體的加速度變下，通過隔震系統(tǒng)來分擔(dān)地震所產(chǎn)生的能量，以此來達到減震的作用。

通過地震的反應(yīng)圖譜可以看出，隨著周期的變大，加速度的反應(yīng)譜慢慢的減小，通常在底層建筑的剛度很大，所以說周期變短，在發(fā)聲振動的時候，輸入其中的加速度很大，要是采用相應(yīng)的措施來增加和延長工程結(jié)構(gòu)的基本自震周期，讓其還禮場地中的卓越周期，讓工程結(jié)構(gòu)的基頻處在地震產(chǎn)生高能量的頻段以外，通過這種方式可以有效的降低建筑物輸入的加速度。通過地震的反應(yīng)譜可以看出，當(dāng)周期變大的時候，反應(yīng)的位移將會增加。

（二）對橡膠支座的運用

當(dāng)前用在建筑防震中的橡膠支座是由橡膠片與薄片增強鋼板，通過粘合和硫化加工而成的，通過現(xiàn)代化橡膠的化工技術(shù)的加工制造，如圖1所示。

它在水平方向上的剛度比較低，而在垂直方向上的剛度很高。這種規(guī)格的橡膠支座最早是在橋梁施工中被應(yīng)用。建筑和橋梁施工所應(yīng)用的橡膠支座在結(jié)構(gòu)上基本是相同的，都有相同的結(jié)構(gòu)動力學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，也同樣的具有耐久性、穩(wěn)定性以及包含防火在內(nèi)的耐受性等，在地震產(chǎn)生的能量沖擊下，橡膠支座會隔離建筑體在水平方向的運動分量，而在垂直方向上基本保持不動。通過這種方法不但可以隔離因為地鐵或者是公交所產(chǎn)生的高頻率的振動，同時還可以防止工程結(jié)構(gòu)不會受到地震或者是其他原因產(chǎn)生振動的影響。

（三）鉛芯橡膠支座運用

土木工程中鉛芯橡膠支座主要應(yīng)用在疊層上，橡膠支座中間的圓形孔當(dāng)中加入鉛之后制成的，這是對橡膠支座技術(shù)中的一大改進。因為鉛具有較低的屈服點以及很高的可塑性能力，可以使鉛芯橡膠支座中的阻尼比達到25%~35%之間。鉛芯它具有提升支座吸收能量的能力，保證支座具備濕度的阻尼，同時還具有增加支座的原有剛度。控制風(fēng)反應(yīng)能力以及抵抗微震的作用。

三、耗能減震技術(shù)

（一）耗能減震技術(shù)原理

圖1 橡膠支座結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 摩擦阻尼器的回復(fù)力特性曲線

圖3 鋼彈塑性耗能器的回復(fù)力特性曲線

土木工程中的結(jié)構(gòu)耗能減震技術(shù)主要是在結(jié)構(gòu)中的某部位安裝耗能設(shè)施，經(jīng)過耗能設(shè)施產(chǎn)生的摩擦，產(chǎn)生彎曲的彈性滯回的形變耗能或者是吸收地震中輸入結(jié)構(gòu)的能量，以此來降低主體結(jié)構(gòu)當(dāng)中的地震反應(yīng)，有效的預(yù)防了結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的損壞或者是倒塌，以此來達到減震和控震的目的。而在裝有耗能裝置的底部結(jié)構(gòu)我們稱之為耗能減震結(jié)構(gòu)。工程中的耗能減震結(jié)構(gòu)都具備明確的減震機理、減震的效果較為明顯。安全性能較高、經(jīng)濟較為合理、技術(shù)較為先進以及試用的范圍較為廣泛等特點。

（二）常用的摩擦設(shè)施

摩擦耗能器是依據(jù)摩擦做工所產(chǎn)生的能量的原理而制成的，當(dāng)前應(yīng)有很多種的不同的構(gòu)種類的摩擦耗能器，例如Pall型的摩擦耗能器、限位摩擦耗能器以及摩擦筒制震器，摩擦滑動對應(yīng)的摩擦節(jié)點在剪切鉸耗能器等多種耗能器，摩擦阻尼的種類非常多，但是都具有較強的滯回的特性，滯回環(huán)為矩形，耗能的能力較強，工作的性質(zhì)相對穩(wěn)定，如圖2所示。

（三）鋼彈可塑性耗能器

運用軟鋼具備優(yōu)良的屈服性能，運用其進入彈性的可塑范圍之內(nèi)的優(yōu)良滯回特性，當(dāng)前我國已經(jīng)研發(fā)出來很多種的耗能裝置，比如加勁阻尼設(shè)施、錐形的鋼耗制震器、圓形或者是方框形的鋼耗制震器、雙環(huán)耗能節(jié)能器，加勁圓環(huán)狀耗能器以及低屈服點的鋼耗制震器等等，這種耗能器具備優(yōu)良的滯回性能以及穩(wěn)定性能，耗能的能力較大，長期穩(wěn)定可靠而且不會受到環(huán)境和溫度的影響，如圖3所示。

（四）粘彈性阻尼器

所謂的粘彈性阻尼器就是通過粘彈性以及約束性鋼板相互交替結(jié)合而成的，它是一種主要和速度相關(guān)聯(lián)的減震裝置。比較常見的粘彈性阻尼器主要是由兩個T型的約束鋼板，通過一塊矩形的鋼板夾在其中而成，T型的約束性鋼板和中間的鋼板產(chǎn)生了相對性的運動，使得彈性的材料產(chǎn)生一種往返型剪切滯回形變來提升結(jié)構(gòu)中的阻尼，消耗輸入其中的振動能量，以此來減小結(jié)構(gòu)當(dāng)中的振動反應(yīng)。

當(dāng)前。消能減震技術(shù)有著非常廣泛的應(yīng)用，它不但適用在新建的結(jié)構(gòu)中，同時又可以用已經(jīng)存在的建筑抗震的加固和維修當(dāng)中。到目前為止，已經(jīng)逐漸開始采取消能減震的技術(shù)，其中涉及到的國家有二十多個，比較早的在土木工程中運用消能減震技術(shù)的國家有新西蘭、美國等發(fā)達國家。在最近幾十年以來，各個國家對土木工程中的結(jié)構(gòu)減震的控制和實驗研究一直在不斷的進行，并且在隔震支座的功能和改進方面有著較好的效果，并研制出了較多的隔震系統(tǒng)中的新型材料和部件，并通過大量的實驗證明了結(jié)構(gòu)減震控制是可以有效的起到隔震的作用。

結(jié)語

本文主要對土木工程減震技術(shù)及其應(yīng)用進行了分析和探討，通過本文的闡述我們可以了解到，傳統(tǒng)土木工程中的結(jié)構(gòu)抗震主要是通過彈塑性的設(shè)計手法，運用加強結(jié)構(gòu)自身的抗震性能來達到減震的效果，但是這種方式屬于被動的和消極性的減震對策。如果依照傳統(tǒng)的抗震手法來設(shè)計工程的結(jié)構(gòu)，就不具備相應(yīng)的自我調(diào)節(jié)能力。所以說，傳統(tǒng)的減震結(jié)構(gòu)設(shè)計不能很好的滿足土木工程的安全性能要求，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的倒塌或者是倒塌，做好土木工程中的減震防御工作，對我國建筑業(yè)的日后發(fā)展起到積極促進的作用。

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