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不同种类隔震支座原理及应用发展

更新时间:2009-03-28

0 引言

在各类自然灾害中,地震带来的破坏能力可以说是空前的,任何灾害都无可匹敌的。地震正在严重威胁着人类的生产生活安全和财产安全。“小震不坏,中震可修,大震不倒”是当今世界各国在抗震建筑领域的基本准则,这种传统的抗震设计思想已经严重脱离了现实要求,隔震建筑的出现将解决这个问题。隔震建筑是将地震作用产生的能量与隔震层以上的结构隔离,从而减弱地震作用对上部结构的破坏,提高建筑物的稳定性,已经成为建筑设计的新理念。目前为止,人们对隔震技术做了大量的研究工作,包括建筑物结构的隔震、隔震支座的研究等,而本文着重介绍了隔震支座的最新研究、应用现状及发展趋势。

胸腔镜下肺癌根治术是治疗肺癌的常见手术方法,在确保微创的同时,也能保证肿瘤切除率[1]。快速康复外科(fast track surgery,FTS)通过微创外科技术、最佳术后镇痛以及早期活动和术后饮食等围手术期处理,减少应激反应,降低器官功能障碍的风险,维持生理状态,促进术后恢复,从而缩短住院时间[2]。我院将FTS理念应用于胸腔镜手术患者围手术期管理,现将结果报告如下。

1 隔震设计原理

通常情况下地震动的典型卓越周期约为0.1~1.0 s,因此在地震时极易发生共振的就是自振周期为0.1~1.0 s的中低层结构。隔震技术原理是通过在上部结构和地基之间设置隔震装置,形成隔震层,来延长整个建筑物的自振周期,减小结构加速度,增加结构的整体变形能力。延长结构的自振周期,目的是避免与地震动卓越周期重合,减弱共振现象的发生,阻止地震能量的上传,减小地震时隔震层以上结构的加速度和层间位移,从而大大减小上部结构的反应能力,达到隔震的目的。

2 研究的背景

地震属于危害性极大的突发性自然灾害,造成巨大的生命和财产的损害。据资料统计[1],在全世界范围内每年发生的地震多达500万次,其中能够造成严重破坏的强烈地震平均每年发生近20次,毁灭性的地震约2次。在2011年4月,日本东北部福岛地区,发生了里氏7.0级特大地震,震源深度10公里,造成了令世人恐慌的福岛核泄漏事件。

基于改进CNN-SRBM文本分类的评分预测推荐研究…………张 倩 吴国栋 陶 鸿 孙 成 史明哲 (4-58)

从试验室和拌和站得到的配合比要通过铺筑试验段进行验证,才能运用到施工中。通过铺筑试验段,可以确定摊铺机的摊铺温度、摊铺速度、振级、压路机的碾压速度以及松铺系数等。在铺筑试验段的过程中,从摊铺机取样进行马歇尔试验和抽提试验,抽提后的矿料进行筛分试验,试验结果应符合规范要求并能用于指导施工。同时从施工现场采集的数据,也可以用以指导试验室调整设计。

3 隔震建筑减震效果举例

隔震建筑的减震效果在20世纪90年代的几次实际地震中得以证实,消除了人们对隔震技术的疑虑。以下是一些实际建筑的强震记录。

本文着重分析了高阻尼橡胶隔震支座,即叠层橡胶隔震支座。叠层橡胶隔震支座是目前应用最广泛的隔震支座,它是通过在天然橡胶中加入可提高橡胶阻尼的物质,制成橡胶叠片,然后将钢板和高阻尼橡胶叠片通过热硫化作用隔层叠加在一起,构成叠层橡胶隔震支座。

滚动隔震是在建筑基础与上部结构之间放置一层具有低摩擦系数的滚球或滚轴,当地震来临时,可通过其自由滚动,来减弱地震作用对上部结构的损坏,并利用摩擦阻尼来消耗地震产生的能量。在罕遇地震作用下或超过隔震层设计压应力时,滚动隔震也就变成了摩擦滑移隔震,滚球或滚轴将不再转动,而是通过摩擦产生相对位移,并极大地消耗了地震作用带来的能量(见图1)。目前现有的滚动隔震装置包括滚球隔震支座、滚轴隔震支座等几种形式。

隔震支座根据不同的作用机理大致分为4类,即橡胶隔震支座、滚动隔震支座、摩擦隔震支座和混合隔震支座。

4 隔震装置的研究现状

从这些事例中可以得出明显结论:隔震器对地震作用的阻隔具有积极作用,能减小隔震层以上建筑结构的加速度反应,能最大限度地保证建筑物内人身安全和设备的正常运转[3]

面对相对低迷的复合肥需求以及激烈的市场竞争,许多经销商纷纷调整自身产品结构,以保证整体的利润空间。对此,刘真表示,许多经销商青睐有较大利润空间的特种新型肥料产品,但这些产品多应用于果蔬等经济作物,受需求量的影响,复合肥仍是大田作物区经销商的主要利润来源。

4.1 橡胶隔震支座研究现状

建筑隔震橡胶支座可分为天然橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座和高阻尼橡胶隔震支座。天然橡胶支座是以天然橡胶为主要原材料制成的;铅芯橡胶支座是隔震支座中心位置加入铅芯的叠层橡胶支座,目的是提高支座的阻尼比,并通过自身变形将动能转化为热能并释放出来,可以有效地吸收地震作用产生的能量,但通过自身恢复原状的能力大大降低,这也限制了其在实际应用中的能力;高阻尼橡胶支座是在橡胶中添加碳等元素,提高了橡胶的阻尼。橡胶隔震支座具有耐久性好,抗疲劳性、抗氧化能力强等特点,其水平位移的能力也是其他类型隔震支座产品所不能相提并论的。

(1)1994年1月17日,美国洛杉矶北岭大地震,其震中附近有两座医院,分别是南加州大学医院和橄榄景医院,其中南加州大学医院在基础上部位置布置了叠层橡胶隔震支座隔震层,橄榄景医院却为传统的抗震建筑。地震发生时南加州大学医院整个建筑的最大加速度仅为橄榄景医院上部结构最大加速度的 1/10[2]

叠层橡胶隔震支座在实际应用中具有良好的可靠性,其竖向刚度大于水平刚度,竖向刚度可以保证承载能力和上部结构的稳定性;当地震来临时,水平方向有一定的位移能力和恢复原位的能力,延长了建筑物的自振周期,确保了上部结构和内部的财产安全。叠层橡胶隔震支座具有良好的隔震效果,是目前建筑领域中应用最广泛的隔震手段。

4.2 滚动隔震和摩擦隔震支座研究现状

(2)1994年,台湾海峡发生地震时,汕头市有两栋相距不远的8层框架住宅楼,其中一栋基础为传统抗震结构,另一栋则采用叠层橡胶支座隔震层为地基基础,地震来临时,采用隔震层为基础的建筑上部结构没有明显的晃动,而采用传统抗震地基基础的住宅楼则出现剧烈摇晃。

建筑隔震技术是20世纪60年代出现的一项新技术。一直以来,世界各国的研究人员都在对隔震技术展开研究,且取得了创造性的成果,使隔震技术的研究工作成为了该领域的热点研究课题,而隔震装置正是隔震技术的核心,也是目前各大隔震工程中应用最广泛的一种减震隔震手段。由于其造价低廉、易于施工、减震控制效果好,受到越来越多国家的重视。

  

图1 滚动隔震和摩擦隔震支座平面图和剖面图

“岂止认识,可以这么说,左达曾经是我的偶像。他出身很苦,苦到可以拍一部三四十集的电视连续剧,绝对苦情戏。他从小没有父母,被一个街头艺人收留为养子,左达就跟着这个养父开始了街头卖艺的生活。可没多久,养父就被车撞死了,左达拿着养父用命换来的赔偿金,开始做小买卖,一步步地靠着自己的努力,很快积累了事业上的第一桶金,他成家立业,有了可爱的儿子,是亲儿子哟。”

根据滚动摩擦隔震原理,姚谦峰等[4]提出的一种带有凹形复位板的隔震装置,这个隔震装置特点是具有复位功能,能大大减小水平方向的地震作用对上部结构的影响,可使建筑保持相对稳定的状态,确保建筑物的安全性,从而减弱结构的地震响应,但对竖向地震作用却几乎没有任何的减弱,不能保证结构的竖向稳定性,这个结构在特定地震频率下也可能发生共振。并且这个装置在遇到罕遇地震,或超出了装置的抵抗能力,由于没有限位装置,滚球就会滑出凹槽,使结构损坏而不能复位。

蔡锦荣等[5]根据滚动隔震原理结合SMA弹簧限位原理,创造性地提出了一种SMA弹簧—轴承隔震支座,这个滚动支座采用了SMA弹簧作为元器件,既起到了限位复位的作用,也能消耗一部分地震作用带来的能量,具有较好的隔震效果,时程分析法得出结构的晃动几乎接近于水平位移,上部结构受地震作用的影响大大降低,能够确保上部结构的安全使用。由此可见,将SMA弹簧应用于基础滚动隔震装置中,既可以消耗掉一部分地震带来的能量,也可以保证上部结构的安全性和稳定性。

4.3 复合隔震支座

复合隔震支座是由一种或几种隔震支座组合而成,一般由橡胶隔震支座和摩擦滑移隔震支座以某种方式或杆件连接在一起,并辅以阻尼装置,目的是增加装置的整体性和恢复原状的能力。复合隔震支座中,每个隔震支座的刚度都对整体刚度起到了积极作用,可以提升建筑物的整体性;而装置的耗能体系是负责耗能的隔震支座,几乎由起耗能作用的隔震支座单独决定[6]

5 隔震装置的应用与发展

最近20多年对不同的隔震装置的研究试验非常多,隔震结构也有很广泛的运用。隔震技术的应用发展呈现出如下几个特点:主要用于核电站、电讯枢钮、医院等重要建筑物,近年来,越来越多的民用建筑也已运用,例如多层住宅、办公楼、学校等;对旧结构的加固已成为隔震技术的一个很有发展前景的应用方向。

为了满足实际应用中的要求,隔震装置的发展趋势:研制新型阻尼器以有效地控制结构的动力和恢复力反应;由于竖向地震作用对超高层建筑、大跨或长悬臂结构的建筑影响显著,所以隔震结构和隔震装置的组合是未来研究的新方向;结构不规则的多层或高层建筑,在基础增加隔震层外还应在建筑物的层间增加隔震装置也是今后研究方向的新领域[7]

6 结语

本文介绍了4种隔震支座,并着重介绍了叠层橡胶隔震支座和滚动隔震支座。随着时代的高速发展,为了满足人们对隔震建筑的要求,抗震结构建筑在人们的生产生活中显然已失去了主要地位,隔震装置的出现大大加速了隔震建筑的发展,并会在一段时间后占据主导地位。在隔震装置中,叠层橡胶隔震支座技术经过几十年的发展,其理论研究与实际应用已非常的成熟,将在今后的实际使用中占领主流地位。

参考文献

[1]李爱群.工程结构减震控制[M].北京:机械工业出版社,2008.

[2]日本免震构造协会.工程隔震概论[M].叶列平,译.北京:地震出版社,1996.

[3]周福霖.工程结构减震控制[M].北京:地震出版社,1997.

[4]姚谦峰,丰定国,王清敏.滚动隔震结构受力分析[J].西安建筑科技大学学报,1999(3):61-62.

[5]蔡锦荣,刘树棠.SMA弹簧—轴承滚动隔震输电塔的地震反应分析[J].广东土木与建筑,2009(5):14-17.

[6]李爱群,毛利军.并联基础隔震体系地震反应特征与隔震层参数的优选[J].工程抗震与加固改造,2005(2):27-31.

[7]毛利军,李爱群.建筑结构竖向震动控制研究[C].南京:第六届全国地震工程学会会议,2002.

 
王晔
《江苏科技信息》 2018年第11期
《江苏科技信息》2018年第11期文献

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