減隔震技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

張一弛 陳學(xué)康

摘 要：近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快。高層建筑及大型橋梁在各個(gè)給國(guó)家興起。高層建筑結(jié)構(gòu)及橋梁等建筑設(shè)計(jì)考慮的重點(diǎn)是地震作用。為了減小地震作用所帶來(lái)的損失，減隔震技術(shù)的運(yùn)用有重要意義。本文簡(jiǎn)要說(shuō)明了減隔震技術(shù)的定義，原理，裝置。同時(shí)本文以幾個(gè)國(guó)家的減隔震技術(shù)發(fā)展為例，介紹了減隔震技術(shù)的應(yīng)用以及前景。

關(guān)鍵詞：減隔震；建筑物；技術(shù)應(yīng)用；橋梁

引言：地震是一種常見(jiàn)的自然災(zāi)害，目前，人類社會(huì)并不能避免地震的發(fā)生，但是我們能盡量減少生命財(cái)產(chǎn)在地震中的損失。因此世界各國(guó)都在致力于做好工程抗震減災(zāi)工作。為了能盡最大限度地減少生命財(cái)產(chǎn)損失，必須采用減隔震技術(shù)對(duì)建筑物進(jìn)行加固，提高建筑物本身的抗震能力。因此，減隔震技術(shù)的研究具有重大意義，本文通過(guò)對(duì)減隔震技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用進(jìn)行相應(yīng)的介紹，希望對(duì)讀者有所幫助。

1減隔震技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1減隔震技術(shù)

減隔震技術(shù)介紹：隔震技術(shù)是指在工程結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)之間，設(shè)置隔震層，把結(jié)構(gòu)物和地面分開(kāi)， 隔離地震能量向工程結(jié)構(gòu)傳遞，減輕地震災(zāi)害。這就是工程隔震保護(hù)。消能減震為建筑結(jié)構(gòu)的部分部位。像（支撐，剪力墻等）安裝了消能（阻尼器）或元件的建筑結(jié)構(gòu)。

1.2減隔震技術(shù)的原理

1.2.1 減震技術(shù)原理

減震技術(shù)主要是利用阻尼與耗能構(gòu)件，在橋梁抗震主要部位改變其結(jié)構(gòu)動(dòng)力性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)抗震性能的提升。同時(shí)研究者還發(fā)現(xiàn)，耗能構(gòu)件在抗震過(guò)程中還可以利用自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，吸收強(qiáng)力震動(dòng)帶來(lái)的破壞性能量，進(jìn)而為橋梁結(jié)構(gòu)受到的震動(dòng)破壞提供緩沖，確保其整體的穩(wěn)定性與完整性。

1.2.2 隔震技術(shù)原理

隔震技術(shù)則是通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)造型設(shè)計(jì)，提高橋體抗震性能。其在設(shè)計(jì)中采用了較為明顯的震動(dòng)周期結(jié)構(gòu)，使橋梁在震動(dòng)發(fā)生時(shí)可以確保整體結(jié)構(gòu)適應(yīng)地震能量輸入，為震動(dòng)情況下的橋梁提供緩沖保證其整體結(jié)構(gòu)不受到嚴(yán)重破壞減隔震技術(shù)在使用中的原理分析減隔震技術(shù)抗震性能是通過(guò)其裝置性能實(shí)現(xiàn)的。

1.3減隔震技術(shù)的裝置

1.3.1 粘滯阻尼器

粘滯阻尼器的基本工作原理是通過(guò)阻尼耗能的方式，來(lái)避免橋梁結(jié)構(gòu)的不必要的耗能。粘滯阻尼器主要是依據(jù)流體運(yùn)動(dòng)的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)一種流體經(jīng)過(guò)節(jié)流孔時(shí)，會(huì)在一定程度上產(chǎn)生一些粘滯阻力，基于此，在地震來(lái)臨時(shí)，粘滯阻尼器就像一個(gè)“安全氣囊”，在最大限度內(nèi)對(duì)地震可能對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成的沖擊能力進(jìn)行吸收和消耗，最終保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)的安全，最大程度的降低損失。因此，粘滯阻尼器在橋梁領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用。

1.3.2 分層橡膠支座

分層橡膠支座又被稱為板式橡膠支座，其結(jié)構(gòu)主要是由薄鋼板。薄橡膠片相互交替結(jié)合而構(gòu)成的，大多為圓形或矩形構(gòu)成的支座形狀。在抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常需要對(duì)阻尼作用與水平剛度進(jìn)行重點(diǎn)考慮。一般情況下，橡膠支座主要通過(guò)消耗變形過(guò)程中的能量為支座提供阻尼。膠層變形的速度決定了阻尼的大小。通過(guò)相關(guān)研究可知，采用天然橡膠制作的支座阻尼約為5%—10%，分層橡膠提供的阻尼通常較小。對(duì)此，在進(jìn)行減隔震橋梁設(shè)計(jì)時(shí)常采用綜合使用分層橡膠支座與阻尼器的方式進(jìn)行。

1.3.3 擺式滑動(dòng)摩擦支座

擺式滑動(dòng)摩擦支座的基本作用原理是通過(guò)在曲面上產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦來(lái)抵消地震能量， 延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自振周期， 根據(jù)隔震方向分為球面、柱面兩大類，前者用于結(jié)構(gòu)水平的雙向隔震，后者用于結(jié)構(gòu)水平的單向隔震。

2 減隔震技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用

2.1 減隔震技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

2.1.1 日本減隔震技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

日本是針對(duì)臺(tái)風(fēng)、地震等惡劣環(huán)境因素，日本橋梁設(shè)計(jì)人員采用先進(jìn)的抗風(fēng)、抗震設(shè)計(jì)方法，通過(guò)充分的模型實(shí)驗(yàn)和工藝研究，保證大橋抵御自然災(zāi)害的能力。目前，日本高橋中的多層橋多（一般3—5 層，有的5 層以上）、高橋多（高度有 的達(dá)50m以上）。為在地震時(shí)避免受到直接和間接次生災(zāi)害的影響，日本橋梁設(shè)計(jì)人員 都作 了抗震考慮，其抗震等級(jí)都 比較高。對(duì)大跨徑的橋梁（如懸索橋、斜拉橋）進(jìn)行了特殊的動(dòng)力分析，如地震時(shí)程分析 耐風(fēng)振的模型實(shí)驗(yàn)等。

2.1.2 美國(guó)減隔震技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

從20 世紀(jì)70 年代開(kāi)始，歐美國(guó)家已經(jīng)將減隔震技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)橋梁建造中，如美國(guó)在1984年對(duì)Sierra Point Bridge 進(jìn)行抗震加固， 1990 年建造的Sex ton隔震橋也應(yīng)用了減隔震技術(shù)。Sierra Point Bridge建于1965年，長(zhǎng)200米，寬40m，當(dāng)水平方向略有彎 曲 時(shí)，動(dòng)力分析表明在0.69g水平加速度的強(qiáng)震作用下該橋?qū)?huì)遭到破壞；解決辦法是用鉛芯橡膠支座來(lái)代替一剛性球鉸支座進(jìn)行隔震，在不中斷橋上橋下交通的情況下進(jìn)行。預(yù)計(jì)這座大橋在設(shè)計(jì)的地震震級(jí)和烈度下，地震發(fā)生時(shí)和剛發(fā)生后都能繼續(xù)使用。

2.1.3 中國(guó)減隔震技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

20世紀(jì)80年代后期我國(guó)學(xué)者開(kāi)始關(guān)注橡膠支座隔震技術(shù)。以中國(guó)建筑科學(xué)研究院、華中科技大學(xué)、原華南建設(shè)學(xué)院西院、同濟(jì)大學(xué)等科研院所的科研工作者對(duì)疊層橡膠支座滯回性能、測(cè)試和檢測(cè)技術(shù)、振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)證、分析與設(shè)計(jì)方法、標(biāo)準(zhǔn)編制等方面進(jìn)行了大量的科學(xué)研究工作。到20世紀(jì)末，國(guó)內(nèi)關(guān)于橡膠支座隔震結(jié)構(gòu)相關(guān)科學(xué)與技術(shù)問(wèn)題的研究已經(jīng)取得了大量成果。到21世紀(jì)初，我國(guó)相繼頒布了隔震技術(shù)相關(guān)的規(guī)范、規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)圖集，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)的隔震技術(shù)也進(jìn)入了成熟應(yīng)用的階段。

2.2 減隔震技術(shù)的應(yīng)用

2.2.1 減隔震技術(shù)在橋梁中的應(yīng)用

傳統(tǒng)技術(shù)橋梁減隔震的傳統(tǒng)技術(shù)，是利用橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身的強(qiáng)度和變形能力來(lái)應(yīng)對(duì)。由于地震對(duì)地基的破壞，在傳統(tǒng)上，多是采用精細(xì)內(nèi)部構(gòu)件來(lái)確定橋梁整體的穩(wěn)固和完整無(wú)缺。但是因?yàn)橄喈?dāng)于用橋梁自身來(lái)抵御震動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)力，不可避免會(huì)造成橋梁的損害。 從2008年汶川地震的震后調(diào)研顯示： 中小跨徑橋梁的震害主要是主梁移位、支座與擋塊破壞、橋墩局部混凝土開(kāi)裂等，調(diào)研的 2316 座簡(jiǎn)支梁橋中發(fā)生橋在橋梁建設(shè)和設(shè)計(jì)的過(guò)程中，是通過(guò)利用隔震器對(duì)橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)行有效的控制，對(duì)地震帶來(lái)能量進(jìn)行有效的阻隔。由此看來(lái)減隔震技術(shù)進(jìn)行全面、有效的運(yùn)用這樣僅僅保證橋梁的質(zhì)量，相應(yīng)的也提高了施工單位的質(zhì)量。

2.2.2 減隔震技術(shù)在高層建筑中的應(yīng)用

高層建筑的整體質(zhì)量的保障需要減隔震技術(shù)。地震對(duì)于建筑物的破壞主要是由于地面的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)對(duì)建筑物產(chǎn)生了強(qiáng)烈的振動(dòng)，由于這種破壞力來(lái)自于地面，會(huì)借助建筑結(jié)構(gòu)直接向上層建筑框架進(jìn)行傳遞，因此，要想從根本上提高建筑結(jié)構(gòu)的減震水平，就要對(duì)結(jié)構(gòu)底部的有限滑動(dòng)能予以處理，確保其能合理減輕上部結(jié)構(gòu)的破壞程度。目前，主要是借助軟弱隔震層的變形情況，對(duì)地震能量的輸入予以分析，從根本上減少地震地面運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)影響力，一定程度上避免地震對(duì)人身安全以及建筑物破壞程度的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，減隔震技術(shù)得到了高速的發(fā)展，對(duì)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)起到了有效的保護(hù)。本文介紹了減隔震技術(shù)概念以及適用條件，歸納了減隔震術(shù)的原理和分類，提出了新型減隔震技術(shù)在應(yīng)用上的優(yōu)點(diǎn)，并綜述了減隔震技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的設(shè)計(jì)應(yīng)用，說(shuō)明了減隔震技術(shù)的良好效果。但若想深層次了解減隔震技術(shù)，還需相關(guān)研究的進(jìn)一步深入。