隔震與減震技術(shù)介紹

隔震與減震一、概述七、主動(dòng)掌握減震一、概述地震引起構(gòu)造振動(dòng)的全過(guò)程是：由震源產(chǎn)生地震驚，通過(guò)傳播途徑傳遞到構(gòu)造上，從而引起構(gòu)造的振動(dòng)反響。傳播途徑傳播途徑結(jié)構(gòu)反應(yīng)消震隔震被動(dòng)減震基懸耗沖吸底掛能擊振隔隔減減減震震震震振1、消震通過(guò)減弱震源振動(dòng)強(qiáng)度到達(dá)減小構(gòu)造振動(dòng)的方法。2、隔震通過(guò)某種裝置，將地震驚與構(gòu)造隔開(kāi)，減弱或轉(zhuǎn)變地震驚對(duì)構(gòu)造作用的強(qiáng)度或方式，到達(dá)減小構(gòu)造振動(dòng)的目的。隔震方法：基底隔震 懸掛隔震3、被動(dòng)減震通過(guò)承受肯定的措施或附加子構(gòu)造，吸取或消耗地震傳遞給主構(gòu)造的能量，到達(dá)減小構(gòu)造振動(dòng)的目的。被動(dòng)減震方法：耗能減震 沖擊減震 吸震減震4、主動(dòng)減震依據(jù)構(gòu)造的地震反響，通過(guò)自動(dòng)掌握系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)，主動(dòng)給構(gòu)造施加控制力，到達(dá)減小構(gòu)造振動(dòng)的目的。兩大類減震方法：被動(dòng)掌握方法。這種方法無(wú)外部能源供給，也稱無(wú)源掌握技術(shù)。包括隔震技術(shù)和被動(dòng)減震技術(shù)?！?〕主動(dòng)掌握方法。這種方法有外部能源供給，也稱有源掌握技術(shù)。與傳統(tǒng)的消極抗震方法相比，減震方法優(yōu)點(diǎn)：減小地震作用，降低構(gòu)造造價(jià)，提高構(gòu)造抗震牢靠度。隔震方法能夠控制傳到構(gòu)造上的地震力，抑制確定荷載的困難。減小構(gòu)造在地震作用下的變形，保證非構(gòu)造構(gòu)件不破壞，減小震后維80％以上。隔震、減震裝置的更換或修理比更換、修理構(gòu)造構(gòu)件便利、經(jīng)濟(jì)。周密加工設(shè)備、核工業(yè)設(shè)備等構(gòu)造物，只能用隔震、減震的方法滿足嚴(yán)格的抗震要求二、基底隔震1、原理基底隔震是在構(gòu)造物地面以上局部的底部設(shè)置隔震層，限制地震驚向結(jié)構(gòu)物的傳遞。基底隔震，主要用于隔離水平地震作用。隔震層的水平剛度顯著低于上8.18所示。設(shè)構(gòu)造的總質(zhì)量為m，確定水平位移為y，地震驚的水平位移為xg，隔震層的水平剛度為k，阻尼系數(shù)為c，則底部隔震系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)平衡方程為：kyg

kxg上部構(gòu)造確定位移〔加速度〕振幅與地震驚位移〔加速度〕振幅的比值RR

max

max

x gmax gmax

2]2RR地震驚與隔震構(gòu)造的頻率比β大于時(shí)，隔震系統(tǒng)才有隔震力量。而且頻率比越大，隔震力量越強(qiáng)?；赘粽饦?gòu)造設(shè)計(jì)的一般原則：在滿足必要的豎向承載力的的同時(shí)，隔震裝置的水平剛度應(yīng)盡量小，以降低隔震構(gòu)造的自振頻率，使之低于地震驚的優(yōu)勢(shì)頻率范圍，保證構(gòu)造地震反響的衰減較大。在風(fēng)荷載作用下，隔震構(gòu)造不能有太大的位移不能太大。因此，構(gòu)造底部隔震系統(tǒng)常需安放風(fēng)穩(wěn)定裝置，使得在小于設(shè)計(jì)風(fēng)載的風(fēng)力作用下，隔震層幾乎不產(chǎn)生變形；而在超過(guò)設(shè)計(jì)風(fēng)載的地震力作用下，風(fēng)穩(wěn)定裝置退出工作，隔震裝置開(kāi)頭工作。1、方法〔P255－P260〕滾子隔震主要有滾軸隔震和滾珠〔球〕隔震兩種。橡膠墊塊隔震懸掛根底隔震搖擺支座隔震滑動(dòng)支座隔震疊層橡膠支座隔震技術(shù)規(guī)程(CECS126:2023)三、懸掛隔震1、方法懸掛隔震是將構(gòu)造的全部或大局部質(zhì)量懸掛起來(lái)，使地面運(yùn)動(dòng)傳遞不到主體質(zhì)量，產(chǎn)生不了慣性力，從而起到隔震作用。具體原理見(jiàn)圖8.35和P261。2、應(yīng)用懸掛構(gòu)造在橋梁、房屋建筑、火電廠鍋爐架等方面有大量應(yīng)用。著名的43懸掛構(gòu)造懸桿受力大，需承受高強(qiáng)鋼。而高強(qiáng)鋼韌性差，在豎向地震作用下易拉斷。為減小豎向地震作用，可在吊點(diǎn)設(shè)減震彈簧，并協(xié)作使用阻尼器。四、耗能減震1、方法耗能減震是通過(guò)承受附加子構(gòu)造或肯定措施，消耗地震傳遞給構(gòu)造的能量。地震時(shí)，構(gòu)造在任意時(shí)刻的能量方程為：Et＝Es＋Ef式中，Et為輸入構(gòu)造的能量，Es為主體構(gòu)造的耗能；Ef為附加子構(gòu)造的耗能。主構(gòu)造耗能組成：Es＝Ev＋Ec＋Ee＋Ey式中，Ev為構(gòu)造振動(dòng)動(dòng)能；Ee為構(gòu)造振動(dòng)勢(shì)能；Ec為構(gòu)造粘滯阻尼耗能；Ey耗能減震原理：從能量的觀點(diǎn)，地震輸入構(gòu)造的能量是肯定的，通過(guò)耗能裝置消耗掉一局部能量，則構(gòu)造本身需消耗掉的能量減小，意味著構(gòu)造反響減小。從而使構(gòu)造反響減小。2、耗能裝置耗能裝置可以是安放在構(gòu)造物能產(chǎn)生相對(duì)位移的阻尼器，也可以是由結(jié)構(gòu)物的某些非承重構(gòu)件設(shè)計(jì)成的耗能構(gòu)件。這些耗能裝置在風(fēng)或小震作用下應(yīng)具有較大的剛度。但猛烈地震發(fā)生時(shí)，耗能裝置應(yīng)領(lǐng)先進(jìn)入非彈性狀態(tài)，產(chǎn)生較大的阻尼，大量消耗輸入構(gòu)造的地震能量。試驗(yàn)說(shuō)明，耗能裝置可消耗地震輸入能量的90％以上。工程構(gòu)造抗震承受的耗能裝置耗能支撐：耗能穿插支撐、摩擦耗能支撐、耗能偏心支撐、耗能隅撐耗能墻：帶豎縫剪力墻、周邊耗能墻、水平縫摩擦墻、阻尼器剪力墻〔P263－P268?！澄濉_擊減震1沖擊減震是依靠附加活動(dòng)質(zhì)量與構(gòu)造之間的非完全彈性碰撞到達(dá)交換動(dòng)P268－P271。S.F.Masri爭(zhēng)論平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)的沖擊減震問(wèn)題，獲得以下結(jié)論：沖擊減震器能夠減輕平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)，但減震效果不如抑制簡(jiǎn)諧振動(dòng)的效果。沖擊減震器的最優(yōu)活動(dòng)間隙與安裝部位的位移有關(guān)。主振構(gòu)造阻尼越小，沖擊減震效果越好。如沖擊減震系統(tǒng)的鼓勵(lì)是高斯過(guò)程，它的響應(yīng)仍舊接近高斯過(guò)程。2、1． 應(yīng)用〔見(jiàn)P272〕六、吸振減震吸振是通過(guò)附加子構(gòu)造，使構(gòu)造的振動(dòng)發(fā)生轉(zhuǎn)移，即使構(gòu)造的振動(dòng)能量在原構(gòu)造與子構(gòu)造之間重安排，從而到達(dá)減小構(gòu)造振動(dòng)的目的。目前工程構(gòu)造應(yīng)用的吸振裝置主要有三種，它們是：被動(dòng)調(diào)頻質(zhì)量阻尼器、質(zhì)量泵和質(zhì)量放大器。具體的工作原理和形式見(jiàn)P272－P277。七、主動(dòng)掌握減震1、概念主動(dòng)掌握減震體系是利用外部能源，在構(gòu)造受地震鼓勵(lì)振動(dòng)過(guò)程中，瞬時(shí)轉(zhuǎn)變構(gòu)造動(dòng)力特性和施加掌握力，以削減構(gòu)造地震反響的自動(dòng)掌握體系。傳感器。安裝在構(gòu)造上，測(cè)量構(gòu)造所受外部鼓勵(lì)和構(gòu)造反響或兩者，將測(cè)得的信息傳遞給掌握器的處理器。處理器。處理測(cè)得的信息，依據(jù)給定的掌握算法，計(jì)算所需的控制力，并將掌握信息傳遞給掌握器的致動(dòng)器。致動(dòng)器。依據(jù)掌握信息，由外部供給能源產(chǎn)生所需的掌握力，從而削減構(gòu)造振動(dòng)反響。主動(dòng)掌握體系中的掌握器由三局部組成：開(kāi)環(huán)掌握。依據(jù)外部鼓勵(lì)信息調(diào)整掌握力。閉環(huán)掌握。依據(jù)構(gòu)造反響信息調(diào)整掌握力。開(kāi)閉環(huán)掌握。依據(jù)外部鼓勵(lì)和構(gòu)造反響的綜合信息調(diào)整掌握力。主動(dòng)掌握已廣泛用于電子工程、機(jī)械工程、航天航空工程等領(lǐng)域，但在土木工程中應(yīng)用該方法尚是的爭(zhēng)論方向?！睵278－P280〕根底隔震適用范圍《建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定隔震和消能減震設(shè)計(jì)，主要應(yīng)用于使用功能有特別8、9對(duì)于一些重要建筑，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)使用功能的特別要求，適當(dāng)增加投資是必要的，因而都可承受隔震和消能減震設(shè)備。所謂使用功能有特別要求的，例如：要求地震時(shí)不中斷使用功能(首腦、指揮機(jī)關(guān)、消防、公安、醫(yī)院)；要求地震時(shí)不損壞信息系統(tǒng)和重要設(shè)備(銀行、保險(xiǎn)、通訊)；要求減輕次生災(zāi)難(存放有毒、爆炸等物品的建筑)；要求地震時(shí)生命安全有更大保證(幼兒園、小學(xué)、醫(yī)院病房等地震時(shí)人群不便疏散的建筑)；要求用“隔震和消能減震”技術(shù)彌補(bǔ)某些類型構(gòu)造在抗震方面的缺乏或滿足其抗震設(shè)計(jì)要求等。設(shè)計(jì)主要用于8、9度區(qū)。這是由于試設(shè)計(jì)和試點(diǎn)工程說(shuō)明，在6、7度區(qū)建筑隔震房屋雖可提高房屋的抗震安全度，但建設(shè)投資常有增加，現(xiàn)階段尚不易為一般業(yè)主承受。作用：部構(gòu)造的地震加速度反響大大減??；地吸取地震波輸入上部構(gòu)造的能量，大減小地震對(duì)上部構(gòu)造的打擊力。這兩項(xiàng)作用，可使上部構(gòu)造的加速度反響一般僅相當(dāng)于不隔震狀況下的可照常停留在室內(nèi)。到在構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)中以人為確定的地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和譜特性為目標(biāo)的傳統(tǒng)抗震設(shè)求。多層房屋夾層橡膠墊隔震技術(shù)多層房屋夾層橡膠墊隔震技術(shù)l／4l／12，確保房屋在任何突發(fā)強(qiáng)地震損壞。19939197％，施工安裝便利。使用壽命可達(dá)70具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隔震減震建筑構(gòu)造構(gòu)造〔03SG610-1〕2、通過(guò)快速老化比照試驗(yàn)，提醒了橡膠隔震支座的耐久性機(jī)理，從理論上確認(rèn)了支座優(yōu)良的耐久性。支座耐久性曾經(jīng)是本技術(shù)應(yīng)用中的重要障礙1〕20℃環(huán)境溫度下，10橡膠支座在20℃環(huán)境溫度下，100年后根本性能降低約25%，還可連續(xù)使用。橡膠墊隔震建筑物的缺點(diǎn)：橡膠支座的剛度和阻尼一旦選定之