原创《一种有效减小地震效应的技术基础隔震》
本文是浅谈有关毕业论文开题报告范文与隔震和技术基础隔震和地震效应类论文写作技巧范文。
文 / 周祥瑞 驻马店市建筑勘察设计院有限公司 河南驻马店 463000
【摘 要】中国是一个多震的国家,长期的地震灾害给我国造成了巨大的经济损失和人员伤亡.特别是近年来,国民经济的发展带来了建筑业的突飞猛进,各地的高层、高耸结构如雨后春笋般拔地而起,然而,安全问题一直是困扰着人们的一个大问题,如地震和风暴对人们生命和财产的威胁.2008 年 5 月12 日发生的汶川大地震中,约 7 万人死亡,近 2 万人失踪,还有近 38 万人受伤,大量建筑被夷为平地,造成了大量的人员伤亡和巨大的经济损失.如何减小建筑物在地震中的响应,减小损失和伤亡是一个值得深入研究的重大课题,而基础隔震是减小地震灾害的有效办法.
【关键词】耗能减震；抗震设计；隔震支座
1.传统抗震方法
地震发生时, 地面振动会引起结构地震反应.如果建筑结构某部分的地震反应过大,将使主体承重结构严重破坏,甚至倒塌.为了避免上述灾害,必须对结构体系在地震作用下的反应进行控制, 并消除结构体系, 尤其是高层建筑的 “放大器”作用.
传统的减小结构地震反应的方法主要有 :
(1) 大大加强结构物的侧向刚度,即做成“刚性结构体系”.这样结构的地震反应接近地面振动.但在很多情况下,这样做是很不经济的,并且由于结构刚度越大,其在地震过程中的剪切力等响应也将越大,因此这种方法不理想,只有少数及其重要的建筑物采用这种结构体系.
(2) 大大削弱结构物的侧向刚度,即做成“柔性结构体系”.这种结构体系虽然能有效减小结构各部分的加速度反应,但是由于建筑物层间位移过大,使建筑装饰物等构配件严重破坏,且在风荷载或轻微地震作用下刚度不足,产生的位移和加速度很可能使居住其间的人产生不适,影响建筑的正常使用.
(3) 增加上部结构的刚度,同时减小底下几层结构的刚度,即做成“柔性底层结构体系”.在地震过程中这几层将率先进入非弹性工作状态,保护上部结构免遭破坏.东欧及我国某些临街建筑 ( 底层为框架,上部结构采用剪力墙或砖混结构 ) 就属于这种体系.它虽然能有效减小上部结构的地震反应,又能通过底层结构的非弹性变形消耗地震能量.但是由于 效应可能使底层变形过大,导致底层柱破坏严重,甚至倒塌.多次震害说明建筑物采用这种结构体系在很多情况下是危险的.
(4) 适当控制建筑物的刚度,以使结构部件( 如梁、柱、剪力墙、梁柱节点等 ) 在地震时进入非弹性状态,并且具有较大的延性,以耗散地震能量,减轻整体结构的地震反应,使结构在大震作用下 “裂而不倒” , 这就是 “延性结构体系” .这种体系也是目前我国和世界各国普遍采用的传统抗震方法.实践证明这种方法在很多情况下是有效的,但它也同样存在一些问题.
传统抗震设计方法是以保证人的生命安全为原则的设计方法,是以概率论为基础,提出三水准的设防要求,即“小震不坏,中震可修,大震不倒”.并通过两个阶段设计来实现.主要是适当控制结构物的刚度,容许结构构件在地震时进入非弹性状态,这要求结构具有较大的延性,使得结构物“裂而不倒”.传统抗震方法是依靠构件的弹塑性变形并吸收地震能量来实现的.
这种传统设计方法在很多时候是有效的,但是也存在着以下问题 :
首先,传统抗震设计方法是以设定的地震烈度作为设计依据的.但由于地震的随机性,如果发生突发性的超过设定地震烈度的地震,房屋可能会发生严重破坏或倒塌,人员财产的安全性问题难以保证；
其次,结构要减小强震或大风下的振动反应,必然要进行能量转换或耗散.传统抗震结构体系实际上是依靠结构及承重构件的损耗来消耗大部分的输入能量,因此这种方法对某些不容许在地震中出现破坏的建筑结构 ( 如核电站 ) 是不适用的.另外传统抗震设计只考虑了结构物本身的抗震,并未考虑房屋内部设备的防震,当建筑物内有重要设备、精密仪器等情况时 ( 如通讯中心,医院等 ).
再次,传统抗震方法以“抗”为主,主要通过加大构件截面,多加配筋来提高建筑物的抵抗地震能力,其结果是构件截面越大,建筑物刚度越大,地震效应也越大,所需构件截面及配筋就越大,恶性循环,大大提高建筑物的造价.
最后,随着建筑技术的发展,人们对于建筑的要求也越来越高.房屋高度越来越高,结构跨度越来越大,而构件端面却越来越小,已经无法按照传统的加大构件截面或加强结构刚度的抗震方法来满足结构抗震和抗风的要求.
为了克服传统抗震设计方法的缺陷,近年来结构控制技术逐渐发展起来,并被认为是减轻结构地震和风振反应的有效方法.结构耗能减震技术就是一种结构控制技术,它大大的减少了结构在地震和风振中的振动反应,从而保护结构、结构内部的设备以及装饰物等不受损坏.《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001) 首次以国家标准的形式对房屋耗能减震设计这种抗震设防新技术的设计要点做了规定,标志着耗能减震技术在我国已经由科学研究走向了推广应用阶段.
2.现代抗震理论
正是由于传统抗震设计方法存在诸多弊端,必须寻找一种既安全、适用,又经济的新的抗震体系.
自 1972 年 J.T.P.Yao 提出土木工程振动控制的概念开始,经过国内外研究者的不懈努力,取得了大量的成果,结构振动控制现在已经成为结构抗震领域的热点课题之一.工程结构振动控制是指在结构的特定部位安装某些特殊装置 ( 如隔震垫等 )、某种机构 ( 如耗能支撑、耗能剪力墙等 )、某种子结构 ( 如调频质量块等 ) 或施加外力,以改变或调整结构的动力特性和动力作用.
基础隔震是在建筑物底部与基础之间设置一层具有足够可靠性的“隔离层”来控制地面运动向上部结构的传递.其基本原理是：利用基础隔震系统延长结构基本自振周期,并给予适当阻尼使结构物的加速度反应大大减弱,并让结构的变形能量主要由隔震系统承担,而不是由结构自身的相对变形承担,因而在地震过程中输入给上部结构的能量很小,为结构的提供更好的安全保障.
建筑结构隔震体系是一种合理、有效、安全、经济的减震体系,它彻底改变了传统结构中采用“强化”结构的抗震方法,而是采用“软化”结构、“以柔克刚”隔离地震的新途径,即在建筑物的底部设置水平柔性的隔震装置,使结构隔震系统软化,降低刚度,延长结构的基本自振周期.上部结构在地震中的水平变形,从激烈的、由上到下不断的晃动变为只作长周期的、缓慢的、整体水平平动,从有较大的层间变位变为只有很微小的层间变位,因而上部结构在强地震中仍处于弹性状态.
基础隔震技术是一种有效的减小结构地震反应的新技术,它具有以下特点：当结构遇到小地震或阵风作用时,基础隔震装置具有足够的水平刚度,足以使结构物基本保持不动；当遇到中大地震作用时,隔震系统在地震作用下产生水平变形,同时吸收大量的地震能量,非常有效的把地震动隔开, 可以使上部结构的地震反应明显降低；当遇到特大地震作用时,隔震系统的限位阻尼系统限制了结构的过大位移,保证结构“大震不倒”,从而达到抗震设防的目的.
基础隔震技术概念简单,减震机理明确,减震效果明显,安全可靠,适用于不同烈度和不同抗震设防要求的结构物和设备.与传统抗震结构相比,基础隔震技术具有以下优越性：
（1） 提高了结构地震安全性及舒适感.隔震体系明显有效地减轻结构的地震反应,与传统结构相比,一般可以大大减轻结构加速度反应,使上部结构基本处于弹性工作状态,保证结构物的安全,降低了地震作用的不确定性,从而达到“小震不坏,中震可修,大震不倒”的抗震设防要求.根据基底隔震结构在地震中的强震记录和振动台模拟地震试验可知,这种隔震结构的加速度反应是传统抗震结构的 1/4~1/12；
（2） 防止了非结构构件破坏和建筑物内设备的振动和破坏.隔震体系使结构的变形主要局限于隔震层,上部结构自身相对变形大大减小.在中小地震作用下,隔震结构基本没有损坏,仍处在弹性工作阶段；在罕遇大地震作用下,隔震结构一般仅发生部分破坏或非结构构件破坏,而不至倒塌,上部结构近似于刚体振动,可以保持仪器和设备的正常使用功能；
（3） 降低了房屋结构的造价.虽然隔震装置需增加约 5% 的造价,但由于地震时上部结构的地震作用大大降低,使上部结构的构件面积、配筋减少,构造措施和施工简单,隔震结构的总造价仍可降低.统计表明：7 度区可节省1%~3%；8 度区可节省 5%~15%；九度区可节省 10%~20%；
（4）结构平面设计较为灵活.由于上部结构地震作用减小很多,使得对建筑和结构设计时的严格限制大大放宽；
（5） 隔震体系即使在地震作用后产生较大的永久损坏,它的复位、更换、维修也很方便,只需对隔震装置进行必要的修复,而无需考虑结构物本身的修复,震后可以很快的恢复生产和生活,具有明显的社会和经济效益；
（6） 抗震措施简单明了,减震机理明确.抗震设计只需考虑隔震层的隔震设计,目的明确,无需考虑复杂的抗震节点设计；
（7） 基础隔震系统既可以应用于重要的建筑物,也可以应用于一般的房屋结构；既可以应用于新建筑,也能应用于已建的建筑的抗震加固改造.
参考文献：
[1] 周福霖 . 中国工程建设标准化协会 . 叠层橡胶支座隔震技术规程 [S].2001.
[2] 孙柏锋,潘文 . 叠层橡胶垫基础隔震建筑结构设计方法与应用 [J], 世界地震工程,2007,23（2）,139~143.
[3]GB50011 一 2010, 建筑抗震设计规范[S].
浅谈论文参考资料：
综上资料：这是关于浅谈方面的大学硕士和本科毕业论文以及隔震和技术基础隔震和地震效应相关浅谈论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料。
