地震與基礎(chǔ)隔震

地震與基礎(chǔ)隔震

1強(qiáng)震中的人員傷亡地球上主要有四個(gè)地震帶。中國(guó)的一些地區(qū)位于歐洲和美國(guó)的地震帶，大部分地區(qū)位于歐洲和美國(guó)的地震帶之間，地震條件非常復(fù)雜。從歷史的地震情況看,我國(guó)除了個(gè)別省份(浙江、江西)外,絕大部分地區(qū)都發(fā)生過較強(qiáng)的破壞性地震,有不少地區(qū)現(xiàn)代地震活動(dòng)相當(dāng)強(qiáng)烈,如我國(guó)的臺(tái)灣、新疆、西藏、西南、西北、華北和東南沿海地區(qū)。地震帶來的人員傷亡數(shù)量巨大,財(cái)產(chǎn)損失慘重,這些災(zāi)難的直接原因是房屋建筑在強(qiáng)震中的破壞和倒塌,如圖1,圖2所示。因此,房屋建筑采用合適的隔振措施非常重要。2日本基礎(chǔ)隔震理論的實(shí)踐房屋隔震往往就是通過在建筑物的基底或者某個(gè)部位設(shè)置一個(gè)隔震層來調(diào)整結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼,從而改變結(jié)構(gòu)的自振頻率,延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)自振周期T,避開地震卓越周期,達(dá)到減小地震輸入結(jié)構(gòu)中地震能量的目的,有時(shí)隔震系統(tǒng)中尚配置有專門的耗能裝置,以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)吸能與耗能能力,大大減小結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng),降低地震作用對(duì)上部結(jié)構(gòu)的破壞能力。雖然現(xiàn)在最古老的中世紀(jì)木建筑——明成祖永樂年間(1406年)開始修建的紫禁城(現(xiàn)在的“北京歷史博物館”)在修建的時(shí)候,采用了煮過的糯米和石灰的混合物作基礎(chǔ),具有很好的柔性和阻尼作用,經(jīng)受了多次地震的考驗(yàn)。日本1252年修建的鐮倉(cāng)大佛在不知不覺中應(yīng)用了隔震思想而經(jīng)受住了關(guān)東大地震的考驗(yàn)。但直到20世紀(jì)初期,基礎(chǔ)隔震的概念才開始在工程中應(yīng)用。1921年Lloydwrihgt主持建造的日本東京帝國(guó)大廈均在1923年關(guān)東大地震中表現(xiàn)了良好的隔震性能,引起了人們對(duì)房屋建筑采用隔震技術(shù)的重視。1934年日本真島教授將一樓與二樓在結(jié)構(gòu)上分開,二樓以柔弱柱支撐以求減震。1965年在新西蘭舉行的第三次世界地震工程會(huì)議上提出了首篇以解析方法論證滑移隔震理論的論文,其作者日本的松下清夫和泉正哲在文中提出了以搖動(dòng)球座(RockingBall)為隔震裝置進(jìn)行隔震。而1890年德國(guó)人JacobBechtold設(shè)計(jì)的一種由鋼盤、滾珠構(gòu)成的減震器,1909年英格蘭醫(yī)生Calantanrients提出的用滑石粉層將房屋與基礎(chǔ)隔開的減震方法,均申請(qǐng)了美國(guó)專利。1924年,日本山下興家氏和鬼頭健三郎氏兩人分別以彈簧及球體隔震方法取得專利。3房屋隔震技術(shù)現(xiàn)狀3.1橡膠支護(hù)的豎向負(fù)壓能力橡膠支座由橡膠和鋼片隔層布置組成,構(gòu)造圖如圖3所示?？肯鹉z的剪切變形實(shí)現(xiàn)水平變位,加勁鋼板可以提高橡膠的豎向承壓能力。在建筑物的基礎(chǔ)和上部建筑之間設(shè)置橡膠支座,可以在一定程度上隔離地震輸入結(jié)構(gòu)的地震能量,達(dá)到減震的目的。1993年建成的位于汕頭市陵海路38號(hào)的八層樓房是我國(guó)第一棟橡膠支座隔震房屋,23個(gè)橡膠支座使樓房與地面隔開,形成隔震層。如今,該樓房已經(jīng)經(jīng)受了1994年和2006年經(jīng)歷的兩次臺(tái)灣海峽強(qiáng)震的考驗(yàn)。3.2力荷載作用下鉛銷橡膠三種典型模式鉛芯橡膠支座是在普通的板式橡膠支座中心加入適量的鉛芯而成,構(gòu)造如圖4所示。內(nèi)置的鉛芯可以提供靜力荷載作用下所必需的剛度,同時(shí),也可以滿足地震荷載作用下所需的屈服強(qiáng)度,即在較小的水平力作用下,由于其較大的剛度而鉛銷橡膠支座的變形很小,在大震作用下,鉛銷橡膠支座因鉛銷屈服而產(chǎn)生滯后的塑性變形,振動(dòng)能量消耗,且通過橡膠提供恢復(fù)力。因此,鉛銷橡膠支座不僅是隔震系統(tǒng)也是阻尼器。3.3低熱值材料低碳材料基礎(chǔ)滑移隔震系統(tǒng)的滑移層往往設(shè)置在基底,采用低摩擦材料(如砂礫、滑石、聚四氟乙烯等)。這種隔震系統(tǒng)沒有復(fù)位功能主要應(yīng)用在早期的隔震房屋和現(xiàn)在的臨時(shí)性房屋建筑結(jié)構(gòu)中。3.4幾種常用阻尼器為了減小普通橡膠隔震支座在地震中較大的水平變位,通常使橡膠支座和阻尼器組合使用。通過安裝在非基底處的阻尼器來吸收震動(dòng)能量抑制過大的變位,組合隔震系統(tǒng)的安裝示意圖見圖5。目前國(guó)際上廣泛用于工程上的阻尼器有:鋼材阻尼器、粘性阻尼器、摩擦阻尼器和鉛阻尼器。幾種阻尼器的特點(diǎn)如下:1)鋼材阻尼器:利用鋼材的彈塑性來吸收地震能量,特殊的鋼棒與特殊的軸承組合可開發(fā)出40cm變形能力的高性能阻尼器。2)粘性阻尼器:利用粘性液體來抵抗吸收地震能量。這種阻尼器對(duì)中小地震是有效的。3)摩擦阻尼器由鋼板組成,又叫摩擦緩沖器。上下板固定在基礎(chǔ)上,中板固定在建筑物上。在地震力作用下,鋼板發(fā)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),由于摩擦力的作用使相互間的運(yùn)動(dòng)受到抑制。4)鉛阻尼器:完全用鉛棒制成的阻尼器,可用來抑制較大變形,吸收地震能量。4多層框架結(jié)構(gòu)層內(nèi)震對(duì)比研究已有的研究多是隔震層位置設(shè)在基礎(chǔ)頂部,隨著樓房建筑高度的增加,對(duì)隔震層設(shè)在非基礎(chǔ)頂部的研究將是房屋隔震的一個(gè)研究方向。西安理工大學(xué)的張俊發(fā)教授就鉛芯橡膠支座在多層框架結(jié)構(gòu)加層改造中的應(yīng)用進(jìn)行