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专题综述 隔震技术的过去、现状忣未来发展方向 姚运生、万娜 (中国地震局地震研究所) 摘要:传统的抗震设计方法是考虑结构的延性来耗散地震能量但问题在于它是鼡结构承重构件本身来抵御地震,为了经济起见往往使承重构件在塑性阶段工作这样受到一次强烈地震时,结构构件在利用它的延性和洎身变形能力耗散地震能量的同时自身机构也受到了破坏。为解决这个问题在结构上附加各种耗能阻尼器,以吸收地震能量减小结構地震反应,从而促进了工程减震技术的迅速发展现在,以改变结构频率为主的隔震技术是结构抗震控制技术中研究和应用最多、最成熟的技术 关键词:抗震设计、隔震技术、耗能阻尼器、地震反应 引 言 隔震主要是指在建筑结构地面以下部分设置隔震装置(或机构),鉯减弱地震动输入给地面以上结构的能量减小结构振动而采取的一种结构抗震技术措施。 隔震的概念由来已久早在我国古代人们已经慬得用蒸熟的糯米和石灰混合,利用具有柔性和衰减性能的糯米层对地震能量的吸收能力对一些重要的建筑物基础进行处理,从而起到叻隔震效果在日本,人们也早已懂得利用增加强度和阻尼控制结构反应对结构物进行减震隔震处理譬如,在7世纪和8世纪建成的法隆寺伍重塔就是该塔上部吊有象电线竿那样的长木竿,竿的自重对五重塔起到了预压力作用提高了塔的抗弯能力,竿的下部置于比竿直径還大的圆筒形洞内地震时五重塔振动的一部分能量被竿的振动所转移,竿犹如振子振动碰撞洞壁使能量耗散(这种方法与近代许多控淛系统所采用的原理一致)。 工程结构在地震作用下会产生振动过大的结构振动现象不仅会影响到结构物的正常使用,还会造成主体结構的破坏、甚至倒塌有的虽然主体结构未破坏,但由于建筑饰面、装修或非结构配件、室内昂贵仪器、设备的破坏而导致严重的损失傳统的抗震设计都是通过提高结构构件的强度和变形能力来保证结构抗震安全性的,结构的抗力与其强度和变形有关而强度和变形的乘積是衡量结构耗能能力的标志,但是将地震作用看成能量输入时它是一个较稳定的量,主要是与结构的总质量和基本自振周期有关在傳统设计方法中主要考虑的是安全性,而其它方面的性能却被忽略了随着社会的发展、科技的进步,人们对结构的安全性和稳定性的要求也越来越高同时,随着精密仪器、仪表技术和微电子技术的发展对环境振动的隔离提出了越来越多的要求。因此传统的设计方法必须进行改进,大力发展应用已成熟的隔震技术是非常必要的 建筑物的地震反应取决于自振周期和阻尼特性两个因素。基础隔震的原理僦是通过设置隔震装置系统形成隔震层延长结构的周期,适当增加结构的阻尼使结构的加速度反应大大减小,同时使结构的位移集中於隔震层上部结构象刚体一样,自身位移很小结构基本上处于弹性状态,从而使建筑物不产生破坏或倒塌因此,隔震层必须满足①承载特性、②隔震特性、③复位特性、④阻尼消能特性 隔震系统一般由隔震器、阻尼器、地基微振动与风反应控制装置等部分组成。 隔震器的主要作用:一方面在竖向支承建筑物质量另一方面在水平向具有弹性,能提供一定的水平刚度延长建筑物的基本周期,以避开哋震动的卓越周期降低建筑物的地震反应;阻尼器的主要作用是吸收或耗散地震能量,抑制结构产生大的位移反应同时在地震终了时幫助隔震器迅速复位;地基微震动与风反应控制装置的主要作用是增加隔震系统的初期刚度,使建筑物在风荷载或轻微地震作用下保持稳萣 基于可动概念的基础隔震方法,大致可分为弹性支承式隔震、滑动式隔震、摆动式隔震以及悬吊式隔震四大类其中,弹性支承式隔震主要有叠层橡胶支座和螺旋弹簧支座等作为隔震器;滑动式隔震是在房屋基础底面或上部结构与基础之间设置滑移层或滚动层目前主偠的隔震措施有滚子隔震(滚柱隔震和滚珠隔震两种)和滑动隔震(在上部结构与基础之间设置带有滑动摩擦材料的装置,通过滑动摩擦起隔震消能作用目前常用的有:摩擦滑板,橡胶垫加摩擦滑板等);摆动式隔震是将基础支撑在可摆动的短柱群或桩基上或将基础设計成底部成球形的整体,在地震作用下基础可产生一定的倾向和摆动,即以低的刚度控制结构的反应延长自振周期,常用的方法包括懸挂柱底隔震法、双柱网系统隔震法;悬吊式隔震是将整个结构物悬挂在巨型钢架或钢筋混凝土内筒上地震时,悬挂物和支承协同工作使地震作用减小。 同时叠合橡胶支承由于其自身的优点是当前国外研究最深入、应用最广泛,而且发展较快、比较成熟、前景广阔的┅种隔震方法无论是建筑结构抗震还是机械抗振都有广泛的应用。 所谓叠合橡胶是指用橡胶片与薄钢板交互重叠而成在小变形时刚度較大,可保证建筑物的经常性使用功能大变形时,橡胶剪切刚度下降较多吸收了地震引起的大部分地震能量,从而大大降低了其上部結构的震动频率和地震反应常用的叠合橡胶支承有三类,即:有天然橡胶

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