大跨度空間結構的隔震研究

1、<p>　　大跨度空間結構的隔震研究</p><p>　　摘 要： 近年來，隨著我國工程科學與技術水平飛速發(fā)展，大型、復雜工程建設項目大量興建，建筑高度越來越高、跨度越來越大、結構體系越來越復雜，采用工程技術措施提高結構的抗震能力，已成為目前減輕災害損失最為有效的途徑。但目前大跨度空間結構中的結構振動控制技術還不成熟，有待于進一步的研究，基于此，本文主要闡述了夾層橡膠支座的相關理論，首先介紹了夾層橡膠支

2、座的基本構成和分類。然后介紹了夾層橡膠支座的隔震機理及其動力分析原理。最后，介紹夾層橡膠支座基本力學性能，包括其形狀系數、豎向性能和水平性能。使讀者對夾層橡膠支座有了深刻地認識，為本文后續(xù)夾層橡膠支座的設計及參數的修改奠定了基礎。 </p><p>　　關鍵詞： 大跨度空間結構； 夾層橡膠支座； 隔震機理 </p><p>　　中圖分類號： TU528 文獻標識碼： A 文章編號： 100

3、9-8631（2012）（11-12）-0055-01 </p><p>　　1 基礎隔震的基本原理和優(yōu)點 </p><p>　　傳統(tǒng)的抗震結構是通過增強結構本身的剛度和延性來抵御地震作用，即由結構本身來存儲和消耗地震能量，以滿足結構抗震設防的要求。按傳統(tǒng)方法設計的結構，當受到較大的地震動響應時不具備自我調節(jié)與自我控制的能力，而人們又不能準確估計結構未來可能遭遇的地震的強度和特性，由于這種

4、不確定因素存在，當遭遇到強地震作用時結構很可能產生嚴重破壞甚至倒塌，而不能夠滿足安全使用的要求。隔震結構實質是通過采用一定的隔震裝置使結構部件與其可能引起振動的上部結構隔離開來，使結構或結構部件與可能引起的上部結構振動的支座隔離開來，通常隔震裝置設置在結構的基礎部位，所以又稱為基礎隔震。隔震結構的基本目的，就是要避免地震作用傳到上部結構或減少傳到上部結構的地震作用，把本應傳到上部結構的地震作用隔離開來?，F在所使用的夾層橡膠隔震支座剛好滿

5、足要求，一方面承受結構的所有豎向荷載，另一方面提供適當的水平剛度，延長建筑物的自振周期，避開了場地的卓越周期，且橡膠支座本身具有足夠的變形能力和自復位能力。當遇到強度較大的地面運動時，結構內部也只發(fā)生中等程度的運動，另一方面，橡膠支座減小的剛度和較大的阻尼有效的降低了傳入上部結構的地震能量，從而降</p><p>　?。?）有效的降低結構的地震響應。從已建造的隔震結構在地震中的強震記錄及震動臺的地震模擬試驗結果可

6、知，隔震體系的上部結構加速度反應只相當于非隔震結構加速度反應的1/12～1/4。這種減震效果是一般傳統(tǒng)抗震結構無法達到的，從而非常有效地保護整個結構及內部設施的地震中免遭破壞。 </p><p>　?。?）安全性。首先，在地面劇烈震動時，上部結構仍能處于正常的彈性工作狀態(tài)，特別適用于某些重要建筑物和內部有重要設備的建筑物。其次，隔震裝置具有較大的豎向承載能力，可確保建筑物在使用狀況下的安全。 </p>

7、<p>　　（3）經濟性。由于隔震體系上部結構吸收的地震能量大大減少，使上部結構節(jié)點和構件的斷面、配筋減少，造價大大降低。從表面上看雖然隔震裝置要增加造價，但事實上建筑總價還是降低了。 </p><p>　?。?）抗震措施簡單?？拐鹪O計的對象從考慮整個結構物轉變?yōu)橹豢紤]隔震裝置，設計施工大大簡化。 </p><p>　?。?）震后修復方便。地震后，只須對隔震裝置進行必要的檢查

8、更換，無須考慮建筑結構物本身的修復，可很快恢復正常生產和生活，這將帶來明顯的經濟效益和社會效益。 </p><p>　?。?）靈活性。采用隔震裝置后，上部結構所受的地震作用大大減小，避免了上部結構建筑和結構設計時的很多限制。 </p><p>　　2基礎隔震結構的基本特性 </p><p>　　為了達到明顯的減震效果，隔震裝置必須具備以下四項基本特性： </p

9、><p>　　（1）較大的豎向承載力。隔震裝置的豎向承載力必須滿足要求，使建筑物在承受上部荷載的作用下能夠安全使用，另外，保證隔震裝置的豎向承載力具有一定的安全系數，確保建筑物在使用階段和地震發(fā)生時具有足夠的安全儲備。 </p><p>　?。?）隔震特性。隔震裝置的水平剛度可以調節(jié)，在微小地震或強風作用時，隔震裝置的水平剛度較大，使上部結構發(fā)生的較小相對位移從而保證結構正常使用。在罕遇地震發(fā)

10、生時，隔震層水平剛度不是很大，上部結構發(fā)生整體滑動，使得柔性的隔震體系代替了剛性的抗震體系，延長了結構的基本周期避開了場地的特征周期，使上部結構的地震響應明顯的降低了，而且加速度響應可降低為非隔震結構加速度響應的1/12～1/4。 </p><p>　?。?）復位特性。由于隔震裝置具有水平彈性恢復力，可保證結構在地震中具有瞬時自動復位功能，地震后可恢復到初始狀態(tài)，滿足正常的使用功能。 </p>&l

11、t;p>　?。?）阻尼消能特性。隔震裝置具有足夠的阻尼，從而有較大的耗能能力。 </p><p>　　總之，對工程基礎進行隔震處理，既有經濟性，又可提高工程的抗震性。確保建筑物在使用階段和地震發(fā)生時具有足夠的安全儲備。 </p><p>　　3夾層橡膠支座的基本構成 </p><p>　　夾層橡膠支座是由橡膠層和夾層鋼板分層疊合經高溫流化粘結而成。 </

12、p><p>　?。?）橡膠層（厚tr）和夾層鋼板（厚ts）緊密粘結，保證鋼板能夠約束橡膠層的變形，確保橡膠層水平向能夠抵抗反復荷載的疲勞作用和足夠的變形能力，豎向具有相當的抗拉能力和足夠的承壓能力。要保證在多遇地震作用下隔震裝置沒有損壞處于安全工作狀態(tài)，在罕遇地震作用下能夠保證建筑物的安全，隔震裝置沒有損壞或經修復后可以繼續(xù)使用。 </p><p>　?。?）側向安裝保護層，保護橡膠層的耐火性

13、、耐水性等，使之有較高的耐臭氧老化和高低溫老化的性能。 </p><p>　?。?）為使夾層橡膠支座阻尼滿足要求，橡膠層中要灌入高阻尼橡膠材料或鉛芯或具有粘性的材料芯。 </p><p>　?。?）上下連接板，保證橡膠支座能夠與上下構件可靠安全連接。 </p><p>　　4夾層橡膠支座的隔震機理 </p><p>　　隔震結構就是當地震作用

14、時，能夠通過隔震裝置把地震力與上部結構隔離，限制或減少地震波向上部結構傳遞，控制上部結構在地震中的變形、內力等地震響應，提高結構的安全性能。從地震工程學和結構動力學的角度對隔震結構進行分析，中低層建筑自振周期一般處于0.1s～1.0s之間，與場地特征周期相重合容易發(fā)生共振，采用隔震裝置使地震作用集中在隔震支座而不傳遞到上部結構，從而確保地震作用下建筑物的安全；與中低層建筑相比，超高層建筑自振周期較長，傳到上部結構的地震能量被各層結構分攤

15、，超高層建筑具有較好的柔性。 </p><p>　　一般建筑物在地震作用下的加速度反應譜和位移反應譜?？拐鸾Y構的中低層建筑剛度大，柔性小，地震作用時結構位移反應譜比較小，加速度反應譜比較大，結構位移地震反應譜的A點。采用隔震技術的中低層建筑，隔震裝置吸收大量的地震能量，減小了傳到上部結構的地震作用，延長了上部結構自振周期，上部結構層間位移較小，結構加速度反應譜相應減小，結構位于地震反應譜的B點，但是隔震層的位移增

16、大，結構發(fā)生整體平動，甚至會超過隔震裝置位移限值。當隔震層位移較大時，必須在隔震層設置阻尼元件或改變隔震材料性能，增大隔震層的阻尼，有效控制隔震裝置水平位移。 </p><p>　　5基礎隔震體系結構動力分析原理 </p><p>　　目前基礎隔震結構多用于中、高層建筑，高寬比較小、上部結構水平層剛度較大的建筑物。當上部結構的層間剛度遠遠大于隔震裝置的水平剛度時，上部結構在地震作用下只做整