結(jié)構(gòu)隔震減震設(shè)計(jì)與制振技術(shù)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1結(jié)構(gòu)隔震減震設(shè)計(jì)與制振技術(shù)結(jié)構(gòu)隔震減震設(shè)計(jì)與制振技術(shù)隔震系統(tǒng)回顧隔震系統(tǒng)回顧 基礎(chǔ)隔震的概念早在基礎(chǔ)隔震的概念早在1919世紀(jì)已有人提過，廣義的隔震方案則更是世紀(jì)已有人提過，廣義的隔震方案則更是源淵流長(zhǎng)，如北京故宮就設(shè)有糯米加石灰的柔性減震支座層；現(xiàn)代的源淵流長(zhǎng)，如北京故宮就設(shè)有糯米加石灰的柔性減震支座層；現(xiàn)代的基礎(chǔ)隔震理論和實(shí)踐開始于上世紀(jì)基礎(chǔ)隔震理論和實(shí)踐開始于上世紀(jì)7070年代，基礎(chǔ)隔震方案很多，下面年代，基礎(chǔ)隔震方案很多，下面作簡(jiǎn)單介紹作簡(jiǎn)單介紹1.早期隔震技術(shù)河合浩藏的“地震時(shí)不受大震動(dòng)的結(jié)構(gòu)” 右圖是1891年河合浩藏的“地震時(shí)不受大震動(dòng)的結(jié)構(gòu)”。其隔震思路是在地基上并排鋪

2、設(shè)了數(shù)層圓木，并且把建筑物周圍挖空，從而地震時(shí)可對(duì)上部建筑起到隔震第1頁/共15頁J.A.CalantarientsJ.A.Calantarients提出的隔震結(jié)構(gòu)提出的隔震結(jié)構(gòu) 右圖是J.A.Calantarients于1909年提出的隔震結(jié)構(gòu)(Base-isolated building )方案。這種隔震結(jié)構(gòu)在建筑物結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間用滑石層隔開，地震時(shí)建筑物可以滑動(dòng)。中村太郎的隔震結(jié)構(gòu) 右圖是中村太郎于1927年提出的隔震結(jié)構(gòu)方案。在這種隔震系統(tǒng)中已使用阻尼泵來耗散地震動(dòng)的能量，并且在該建筑地下層柱的上下端采用鉸接構(gòu)造，建筑物可以水平自由移動(dòng)。 第2頁/共15頁柔性層隔震結(jié)構(gòu)柔性層隔震結(jié)構(gòu)(

3、 (Flexible first-story buildingFlexible first-story building) ) 柔性層結(jié)構(gòu)隔震概念由Martel在1929年提出，由Green(1935年)和Jacobasen(1938年)進(jìn)一步加以研究與完善；下圖是真島健三郎于1934年的柔性層結(jié)構(gòu)。地震時(shí)，柔性層進(jìn)入塑性，結(jié)構(gòu)的剛度變小，結(jié)構(gòu)的基本周期延長(zhǎng)，從而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)所受的地震作用減小。 第3頁/共15頁滾動(dòng)支撐類隔震系統(tǒng)滾動(dòng)支撐類隔震系統(tǒng)（Roller bearing systemRoller bearing system） 為克服柔性層結(jié)構(gòu)所帶來的缺陷，科學(xué)家們相繼提出了多種滾動(dòng)支

4、撐類隔震系統(tǒng)，工作元件有球形和橢圓形等多種，但由于其隔震是有向性的，而地震是具有無向性，這些類型的隔震系統(tǒng)均未能推廣應(yīng)用。 第4頁/共15頁2.最新隔震技術(shù)隔震橡膠支座隔震橡膠支座( (The laminated rThe laminated rubber bearing) )隔震系統(tǒng)。隔震系統(tǒng)。第5頁/共15頁 南加州大學(xué)醫(yī)院南加州大學(xué)醫(yī)院( (The University of Southern California Teaching Hospital)是橡膠支座隔震系統(tǒng)，這棟八層醫(yī)院基礎(chǔ)加速度為是橡膠支座隔震系統(tǒng)，這棟八層醫(yī)院基礎(chǔ)加速度為 0.49g，而頂，而頂層加速度只有層加速度只有0

5、.21g, 加速度折減系數(shù)為加速度折減系數(shù)為1.8。而抗震結(jié)構(gòu)橄欖景醫(yī)院。而抗震結(jié)構(gòu)橄欖景醫(yī)院(The Olive View Hospital)的底層加速度為的底層加速度為 0.82g，而頂層加速度為，而頂層加速度為2.31g, 加速加速度放大系數(shù)為度放大系數(shù)為2.8，由此可見橡膠支座隔震系統(tǒng)的優(yōu)越性。，由此可見橡膠支座隔震系統(tǒng)的優(yōu)越性。中南加州大學(xué)醫(yī)院（隔震結(jié)構(gòu)）中南加州大學(xué)醫(yī)院（隔震結(jié)構(gòu)）橄欖景醫(yī)院（抗震結(jié)構(gòu)）橄欖景醫(yī)院（抗震結(jié)構(gòu)） 1994 1994年年1 1月月1717日，美國(guó)圣菲爾南多發(fā)生洛杉磯地震，震級(jí)日，美國(guó)圣菲爾南多發(fā)生洛杉磯地震，震級(jí)M=6.7M=6.7，直下，直下型地震，死

6、亡型地震，死亡5656人，傷人，傷73007300人，損失很大。人，損失很大。 震中附近有兩座醫(yī)院，一座為隔震結(jié)構(gòu)，另一座為抗震結(jié)構(gòu)。震中附近有兩座醫(yī)院，一座為隔震結(jié)構(gòu)，另一座為抗震結(jié)構(gòu)。第6頁/共15頁中南加州大學(xué)醫(yī)院中南加州大學(xué)醫(yī)院 地下一層，地上地下一層，地上7 7層，建筑面積：層，建筑面積：3300033000平方米；占地：平方米；占地：41004100平米；平米；最高高度：最高高度：3636。0m0m；鉛芯多層橡膠隔震器；鉛芯多層橡膠隔震器6868個(gè)，多層橡膠隔震器個(gè)，多層橡膠隔震器8181個(gè)。個(gè)。第7頁/共15頁 中南加州大學(xué)醫(yī)院在這次地震及其其后的余震中，中南加州大學(xué)醫(yī)院在這次地

7、震及其其后的余震中，6-86-8英尺高的花瓶英尺高的花瓶等沒有一個(gè)掉下來，建筑物內(nèi)的各種機(jī)器等均未損壞，醫(yī)院功能得到維等沒有一個(gè)掉下來，建筑物內(nèi)的各種機(jī)器等均未損壞，醫(yī)院功能得到維持，成為防災(zāi)中心，起到十分重要的作用。持，成為防災(zāi)中心，起到十分重要的作用。第8頁/共15頁橄欖景醫(yī)院（抗震結(jié)構(gòu)）橄欖景醫(yī)院（抗震結(jié)構(gòu)） 橄欖景醫(yī)院在橄欖景醫(yī)院在19711971年圣費(fèi)年圣費(fèi)爾南多地震中受到較大損害，爾南多地震中受到較大損害，1010年后重建，并增加了抗震強(qiáng)年后重建，并增加了抗震強(qiáng)度。度。 在此次地震中，剪力墻產(chǎn)生在此次地震中，剪力墻產(chǎn)生剪切裂縫，設(shè)備機(jī)器、醫(yī)療機(jī)械剪切裂縫，設(shè)備機(jī)器、醫(yī)療機(jī)械及家具等

8、翻倒，病歷等資料掉下及家具等翻倒，病歷等資料掉下、散亂。而且水管破裂，各層浸、散亂。而且水管破裂，各層浸水，建筑物不能使用，完全喪失水，建筑物不能使用，完全喪失了醫(yī)院的功能。了醫(yī)院的功能。 一九九四年九月十六日，臺(tái)灣海峽發(fā)生了一九九四年九月十六日，臺(tái)灣海峽發(fā)生了7.3級(jí)地震，震源距級(jí)地震，震源距離汕頭市約離汕頭市約200公里，汕頭市烈度為公里，汕頭市烈度為6度，各類房屋搖晃厲害，居民度，各類房屋搖晃厲害，居民驚惶失措，水桶里的水濺出了驚惶失措，水桶里的水濺出了1/3左右左右而陵海路隔震樓上的人而陵海路隔震樓上的人并沒有感到晃動(dòng)，聽到毗鄰樓房和鄰街喧鬧聲后下樓才知道發(fā)生了并沒有感到晃動(dòng)，聽到毗鄰

9、樓房和鄰街喧鬧聲后下樓才知道發(fā)生了地震。地震。第9頁/共15頁日本阪神大地震日本阪神大地震 一九九五年一月十七日發(fā)生了日本阪神大地震。震級(jí)7.2級(jí)，是日本戰(zhàn)后最大地震災(zāi)害。在這次地震中，有二幢隔震結(jié)構(gòu)建筑得到了地震觀測(cè)記錄。從這些記錄可以看到隔震房屋在大地震中發(fā)揮了隔震效果，證實(shí)了隔震結(jié)構(gòu)的有效性。WEST大廈(西部郵政大樓)建筑面積46000m2，6層，是日本最大的隔震建筑。該建筑距震源東北35公里，在基礎(chǔ)、l層和6層進(jìn)行了地震記錄觀測(cè)。地震觀測(cè)地震觀測(cè)位置位置方向方向第10頁/共15頁 隔震橡膠支座包括天然夾層橡膠支座、鉛芯橡膠支座，高阻尼橡膠隔震橡膠支座包括天然夾層橡膠支座、鉛芯橡膠支座

10、，高阻尼橡膠支座等支座等 。天然夾層隔震橡膠支座天然夾層隔震橡膠支座 天然夾層橡膠支座構(gòu)造如圖所示。天然夾層橡膠支座構(gòu)造如圖所示。天然夾層橡膠支座具有較大的豎向剛度，天然夾層橡膠支座具有較大的豎向剛度，承受建筑物的重量時(shí)豎向變形小，而水平承受建筑物的重量時(shí)豎向變形小，而水平剛度較小，且線性性能好。由于天然夾層剛度較小，且線性性能好。由于天然夾層橡膠支座的阻尼很小，不具備足夠的耗能橡膠支座的阻尼很小，不具備足夠的耗能能力，所以在結(jié)構(gòu)使用中一般同其它阻尼能力，所以在結(jié)構(gòu)使用中一般同其它阻尼器或耗能設(shè)備聯(lián)合使用。器或耗能設(shè)備聯(lián)合使用。 鉛芯隔震橡膠支座鉛芯隔震橡膠支座 鉛 芯 隔 震 橡 膠 支 座

11、 由 新 西 蘭 的鉛 芯 隔 震 橡 膠 支 座 由 新 西 蘭 的ROBINSON及其公司最早研制開發(fā)，以及其公司最早研制開發(fā)，以后在中國(guó)、日本、美國(guó)、意大利等國(guó)家都后在中國(guó)、日本、美國(guó)、意大利等國(guó)家都得到了較大的發(fā)展與應(yīng)用。得到了較大的發(fā)展與應(yīng)用。 鉛芯橡膠支座構(gòu)造如圖所示。因?yàn)殂U芯橡膠支座不但具有較理想的豎鉛芯橡膠支座構(gòu)造如圖所示。因?yàn)殂U芯橡膠支座不但具有較理想的豎向剛度，而且本身具有消耗地震能量的能力，故鉛芯橡膠支座在結(jié)構(gòu)使用向剛度，而且本身具有消耗地震能量的能力，故鉛芯橡膠支座在結(jié)構(gòu)使用中受到廣泛歡迎。中受到廣泛歡迎。 第11頁/共15頁 下圖分別是世界上第一棟采用鉛芯橡膠支座隔震

12、的建筑下圖分別是世界上第一棟采用鉛芯橡膠支座隔震的建筑(The William Clayton Building, New Zealand)和世界上使用鉛芯橡膠和世界上使用鉛芯橡膠支座中基底面積最大的建筑支座中基底面積最大的建筑(日本日本)。 日本日本19971997年度評(píng)定的隔震建筑中，采用鉛芯橡膠支座隔震房屋占總年度評(píng)定的隔震建筑中，采用鉛芯橡膠支座隔震房屋占總數(shù)的數(shù)的40%40%，美國(guó)在，美國(guó)在19851985年以后興建的隔震房屋中，完全或部分采用鉛年以后興建的隔震房屋中，完全或部分采用鉛芯橡膠支座的隔震房屋占總數(shù)的芯橡膠支座的隔震房屋占總數(shù)的60.7%60.7%，我國(guó)在已建成的隔震房屋

13、中，我國(guó)在已建成的隔震房屋中，完全或部分采用鉛芯橡膠支座的隔震房屋占總數(shù)的，完全或部分采用鉛芯橡膠支座的隔震房屋占總數(shù)的60%60%。第12頁/共15頁三三. .消能減震結(jié)構(gòu)消能減震結(jié)構(gòu) 在結(jié)構(gòu)中的某些部位設(shè)置消能裝置，通過消能裝置耗在結(jié)構(gòu)中的某些部位設(shè)置消能裝置，通過消能裝置耗散或吸收地震能量，從而減小主體結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。散或吸收地震能量，從而減小主體結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。消能裝置有：消能裝置有： 調(diào)頻質(zhì)量阻尼裝置調(diào)頻質(zhì)量阻尼裝置由由質(zhì)量、彈性元件和阻尼器構(gòu)成的振動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量、彈性元件和阻尼器構(gòu)成的振動(dòng)系統(tǒng)，將其安裝在結(jié)構(gòu)上，結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)引起該系統(tǒng)的共振，由此產(chǎn)生的慣，將其安裝在結(jié)構(gòu)上，結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)引起該系

14、統(tǒng)的共振，由此產(chǎn)生的慣性力反作用于結(jié)構(gòu)，起到減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)的作用。性力反作用于結(jié)構(gòu)，起到減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)的作用。 調(diào)頻液體阻尼裝置調(diào)頻液體阻尼裝置由具有一定形狀的盛液容器構(gòu)成，液體晃動(dòng)由具有一定形狀的盛液容器構(gòu)成，液體晃動(dòng)時(shí)，液體對(duì)容器箱壁產(chǎn)生動(dòng)壓力，同時(shí)液體晃動(dòng)產(chǎn)生阻尼吸收一部分時(shí)，液體對(duì)容器箱壁產(chǎn)生動(dòng)壓力，同時(shí)液體晃動(dòng)產(chǎn)生阻尼吸收一部分能量。能量。 液壓質(zhì)量控制裝置液壓質(zhì)量控制裝置由液壓缸、由液壓缸、活塞、管路和質(zhì)量塊構(gòu)成，當(dāng)結(jié)活塞、管路和質(zhì)量塊構(gòu)成，當(dāng)結(jié)構(gòu)由地面運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，油缸的活塞推動(dòng)管路中的液體，使液體和構(gòu)由地面運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，油缸的活塞推動(dòng)管路中的液體，使液體和質(zhì)量隨之振動(dòng)。

15、結(jié)構(gòu)的一部分振動(dòng)能量傳遞給了該系統(tǒng)。質(zhì)量隨之振動(dòng)。結(jié)構(gòu)的一部分振動(dòng)能量傳遞給了該系統(tǒng)。第13頁/共15頁 粘滯耗能裝置粘滯耗能裝置由缸體、由缸體、活塞、和液體構(gòu)成，活塞在缸體內(nèi)往復(fù)活塞、和液體構(gòu)成，活塞在缸體內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，粘滯液體從一端流向另一端產(chǎn)生阻尼力，阻礙結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。運(yùn)動(dòng)，粘滯液體從一端流向另一端產(chǎn)生阻尼力，阻礙結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。 摩擦耗能裝置摩擦耗能裝置由摩擦元件由摩擦元件構(gòu)成，這些元件相互滑動(dòng)產(chǎn)生摩擦力構(gòu)成，這些元件相互滑動(dòng)產(chǎn)生摩擦力，從而耗散結(jié)構(gòu)的部分振動(dòng)能量。，從而耗散結(jié)構(gòu)的部分振動(dòng)能量。 金屬耗能裝置金屬耗能裝置由金屬材料制成的耗能裝置由金屬材料制成的耗能裝置，其耗能機(jī)理是通過，其耗能機(jī)理是通過金屬元件的彈塑性變形來耗能。金屬元件的彈塑性變形來耗能。 粘彈性耗能裝置粘彈性耗能裝置由粘彈性材料和約束鋼板由粘彈性材料和約束鋼板構(gòu)成，通過夾在鋼板構(gòu)成，通過夾在鋼板之間的粘彈性材料發(fā)生剪切變形而耗