第八章-隔震、減震與結(jié)構(gòu)控制初步.ppt

1、8.1 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計思想的演化與發(fā)展,抗震結(jié)構(gòu),一.抗震結(jié)構(gòu),利用結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的承載力和變形能力抵御地震作用，吸收地震能量。,隔震結(jié)構(gòu),消能減震結(jié)構(gòu),立足于“抗”。,二.隔震結(jié)構(gòu),在建筑物上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間設(shè)置滑移層，阻止地震能量向上傳遞。,立足于“隔”。,為達到明顯減震效果，通?；A(chǔ)隔震系統(tǒng)需具備以下四種特性： (1)承載特性：具有足夠的豎向強度和剛度以支撐上部結(jié)構(gòu)的重量； (2)隔震特性：具有足夠的水平初始剛度，在風(fēng)載和小震作用下，體系能保持 在彈性范圍內(nèi)，滿足正常使用的要求，而中強地震時，其水平 剛度較小，結(jié)構(gòu)為柔性隔震結(jié)構(gòu)體系； (3)復(fù)位特性：地震后，上部結(jié)構(gòu)能回復(fù)到初始狀態(tài)，滿足正常

2、的使用要求。 (4)耗能特性：隔震系統(tǒng)本身具有較大的阻尼，地震時能耗散足夠的能量，從 而降低上部結(jié)構(gòu)所吸收的地震能量。,1.基本思想： 在結(jié)構(gòu)物地面以上部分的底部設(shè)置隔震層，使之與固結(jié)在地基中的基礎(chǔ)頂面分離開，從而限制地震動向結(jié)構(gòu)物的傳遞。 2.隔震設(shè)計應(yīng)滿足的條件： 滿足豎向承載力的前提下，隔震裝置的水平剛度盡可能小，使結(jié)構(gòu)周期盡可能遠離地震動的優(yōu)勢周期范圍； 保證在風(fēng)作用下結(jié)構(gòu)不致有太大的位移。,8.2 隔震原理與方法,3常用隔震裝置 (1)橡膠支座隔震 最常見的隔震裝置,(2)滾動隔震,(3)滑動支座隔震,(4)搖擺支座隔震,隔震系統(tǒng)回顧,基礎(chǔ)隔震的概念早在19世紀(jì)已有人提過，廣義的隔震

3、方案則更是源淵流長，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)隔震理論和實踐開始于上世紀(jì)70年代，基礎(chǔ)隔震方案很多，下面作簡單介紹,1.早期隔震技術(shù) 河合浩藏的“地震時不受大震動的結(jié)構(gòu)” 右圖是1891年河合浩藏的“地震時不受大震動的結(jié)構(gòu)”。其隔震思路是在地基上并排鋪設(shè)了數(shù)層圓木，并且把建筑物周圍挖空，從而地震時可對上部建筑起到隔震。,J.A.Calantarients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，地震時建筑物可以滑動。,中村太

4、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。,柔性層隔震結(jié)構(gòu)(Flexible 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，柔性層進入塑性，結(jié)構(gòu)的剛度變小，結(jié)構(gòu)的基本周期延長，從而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)所受的地震作用減小。,滾動支撐類隔震系統(tǒng)（Roller bearing system） 為克服柔

5、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支撐類隔震系統(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。,2.最新隔震技術(shù),隔震橡膠支座(The laminated rubber bearing)隔震系統(tǒng)。,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 0.49g，而頂層加速度只有0.21g, 加速度折減系數(shù)為1.8。而抗震結(jié)構(gòu)橄欖景醫(yī)院(The Olive View Hospital)的底層加速度為

6、 0.82g，而頂層加速度為2.31g, 加速度放大系數(shù)為2.8，由此可見橡膠支座隔震系統(tǒng)的優(yōu)越性。,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)）,1994年1月17日，美國圣菲爾南多發(fā)生洛杉磯地震，震級M=6.7，直下型地震，死亡56人，傷7300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)。,中南加州大學(xué)醫(yī)院,地下一層，地上7層，建筑面積：33000平方米；占地：4100平米；最高高度：36。0m；鉛芯多層橡膠隔震器68個，多層橡膠隔震器81個。,中南加州大學(xué)醫(yī)院在這次地震及其其后的余震中，6-8英尺高的花瓶等沒有一個掉下來，建筑物內(nèi)的各種機器等均未損壞，醫(yī)

7、院功能得到維持，成為防災(zāi)中心，起到十分重要的作用。,橄欖景醫(yī)院（抗震結(jié)構(gòu)）,橄欖景醫(yī)院在1971年圣費爾南多地震中受到較大損害，10年后重建，并增加了抗震強度。,在此次地震中，剪力墻產(chǎn)生剪切裂縫，設(shè)備機器、醫(yī)療機械及家具等翻倒，病歷等資料掉下、散亂。而且水管破裂，各層浸水，建筑物不能使用，完全喪失了醫(yī)院的功能。,隔震橡膠支座包括天然夾層橡膠支座、鉛芯橡膠支座，高阻尼橡膠支座等 。,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。天然夾層橡膠支座具有較大的豎向剛度，承受建筑物的重量時豎向變形小，而水平剛度較小，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。,鉛芯隔震橡膠支座 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)，以后在中國、日本、美國、意大利等國家都得到了較大的發(fā)展與應(yīng)用。,鉛芯橡膠支座構(gòu)造如圖所示。因為鉛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)使用中受到廣泛歡迎。,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支座中基底面積最大的建筑(日本)。,日本1997年度評定的隔震建