土木工程隔震技术与耗能减震技术探讨

时间：2015-12-20 23:40:58 所属分类：建筑科学 浏览量:

传统土木工程中的结构抗震主要是通过弹塑性的设计手法，运用加强结构自身的抗震性能来达到减震的效果，这种方式属于被动的和消极性的减震对策。因为人们对未来的地震灾害的具体强度与实际的特性不能加以确定和估计，如果依照传统的抗震手法来设计工程的结构

　　传统土木工程中的结构抗震主要是通过弹塑性的设计手法，运用加强结构自身的抗震性能来达到减震的效果，这种方式属于被动的和消极性的减震对策。因为人们对未来的地震灾害的具体强度与实际的特性不能加以确定和估计，如果依照传统的抗震手法来设计工程的结构，就不具备相应的自我调节能力。所以说，传统的减震结构设计不能很好的满足土木工程的安全性能要求，从而产生严重的倒塌或者是倒塌，由于减震技术的包含的范围过大，本文就从其中较为典型和重点的隔震技术与耗能减震技术的方面来加以讨论。

　　一、结构减震的概念和分类

　　早在上世纪七十年代，姚治平先生首次明确的提出了土建工程中的结构控制概念，并在论文“土木工程结构减震概念”以及以后的论文中都相应的指出了：应用结构的控制系统是一个解决土木工程这种安全性问题的可替代的方法，这为结构理论在土木工程中防震问题中提出了全新的方向。在近三十年的发展历程中，国内外的相关学者在土木工程的结构控制的方式、实验以及工程的应用方面都取得良好的研究成果，工程结构控制概念可以解释为：通过对工程结构施加相应的控制体系，通过控制体系和结构来共同承担受震的作用，以此来调节和降低工程结构中的振动效应。

　　二、隔震控制技术

　　（一）隔震控制技术原理

　　在土木工程的建设当中，隔震控制技术就是对由地震所产生的振动对建筑的整体结构的隔离作用。工程中的防震体系基本都设置在工程结构的最底部和基础工程顶面之间，使得上部的结构和基础相分离。通过隔震体系来隔离地震波所产生的向上冲击力，延长工程结构的基本周期，从而降低建筑物的地震反应，是的工程整体的加速度变下，通过隔震系统来分担地震所产生的能量，以此来达到减震的作用。

　　通过地震的反应图谱可以看出，随着周期的变大，加速度的反应谱慢慢的减小，通常在底层建筑的刚度很大，所以说周期变短，在发声振动的时候，输入其中的加速度很大，要是采用相应的措施来增加和延长工程结构的基本自震周期，让其还礼场地中的卓越周期，让工程结构的基频处在地震产生高能量的频段以外，通过这种方式可以有效的降低建筑物输入的加速度。通过地震的反应谱可以看出，当周期变大的时候，反应的位移将会增加。

　　（二）对橡胶支座的运用

　　当前用在建筑防震中的橡胶支座是由橡胶片与薄片增强钢板，通过粘合和硫化加工而成的，通过现代化橡胶的化工技术的加工制造，如图 1 所示。

　　它在水平方向上的刚度比较低，而在垂直方向上的刚度很高。这种规格的橡胶支座最早是在桥梁施工中被应用。

　　建筑和桥梁施工所应用的橡胶支座在结构上基本是相同的，都有相同的结构动力学的标准和要求，也同样的具有耐久性、稳定性以及包含防火在内的耐受性等，在地震产生的能量冲击下，橡胶支座会隔离建筑体在水平方向的运动分量，而在垂直方向上基本保持不动。通过这种方法不但可以隔离因为地铁或者是公交所产生的高频率的振动，同时还可以防止工程结构不会受到地震或者是其他原因产生振动的影响。

　　（三）铅芯橡胶支座运用

　　土木工程中铅芯橡胶支座主要应用在叠层上，橡胶支座中间的圆形孔当中加入铅之后制成的，这是对橡胶支座技术中的一大改进。因为铅具有较低的屈服点以及很高的可塑性能力，可以使铅芯橡胶支座中的阻尼比达到 25%~35% 之间。铅芯它具有提升支座吸收能量的能力，保证支座具备湿度的阻尼，同时还具有增加支座的原有刚度。控制风反应能力以及抵抗微震的作用。

　　三、耗能减震技术

　　（一）耗能减震技术原理

　　土木工程中的结构耗能减震技术主要是在结构中的某部位安装耗能设施，经过耗能设施产生的摩擦，产生弯曲的弹性滞回的形变耗能或者是吸收地震中输入结构的能量，以此来降低主体结构当中的地震反应，有效的预防了结构产生的损坏或者是倒塌，以此来达到减震和控震的目的。而在装有耗能装置的底部结构我们称之为耗能减震结构。工程中的耗能减震结构都具备明确的减震机理、减震的效果较为明显。安全性能较高、经济较为合理、技术较为先进以及试用的范围较为广泛等特点。

　　（二）常用的摩擦设施

　　摩擦耗能器是依据摩擦做工所产生的能量的原理而制成的，当前应有很多种的不同的构种类的摩擦耗能器，例如Pall 型的摩擦耗能器、限位摩擦耗能器以及摩擦筒制震器，摩擦滑动对应的摩擦节点在剪切铰耗能器等多种耗能器，摩擦阻尼的种类非常多，但是都具有较强的滞回的特性，滞回环为矩形，耗能的能力较强，工作的性质相对稳定，如图 2所示。

　　（三）钢弹可塑性耗能器

　　运用软钢具备优良的屈服性能，运用其进入弹性的可塑范围之内的优良滞回特性，当前我国已经研发出来很多种的耗能装置，比如加劲阻尼设施、锥形的钢耗制震器、圆形或者是方框形的钢耗制震器、双环耗能节能器，加劲圆环状耗能器以及低屈服点的钢耗制震器等等，这种耗能器具备优良的滞回性能以及稳定性能，耗能的能力较大，长期稳定可靠而且不会受到环境和温度的影响，如图 3 所示。

　　（四）粘弹性阻尼器

　　所谓的粘弹性阻尼器就是通过粘弹性以及约束性钢板相互交替结合而成的，它是一种主要和速度相关联的减震装置。比较常见的粘弹性阻尼器主要是由两个 T型的约束钢板，通过一块矩形的钢板夹在其中而成，T 型的约束性钢板和中间的钢板产生了相对性的运动，使得弹性的材料产生一种往返型剪切滞回形变来提升结构中的阻尼，消耗输入其中的振动能量，以此来减小结构当中的振动反应。

　　当前。消能减震技术有着非常广泛的应用，它不但适用在新建的结构中，同时又可以用已经存在的建筑抗震的加固和维修当中。到目前为止，已经逐渐开始采取消能减震的技术，其中涉及到的国家有二十多个，比较早的在土木工程中运用消能减震技术的国家有新西兰、美国等发达国家。在最近几十年以来，各个国家对土木工程中的结构减震的控制和实验研究一直在不断的进行，并且在隔震支座的功能和改进方面有着较好的效果，并研制出了较多的隔震系统中的新型材料和部件，并通过大量的实验证明了结构减震控制是可以有效的起到隔震的作用。

　　结语

　　本文主要对土木工程减震技术及其应用进行了分析和探讨，通过本文的阐述我们可以了解到，传统土木工程中的结构抗震主要是通过弹塑性的设计手法，运用加强结构自身的抗震性能来达到减震的效果，但是这种方式属于被动的和消极性的减震对策。如果依照传统的抗震手法来设计工程的结构，就不具备相应的自我调节能力。所以说，传统的减震结构设计不能很好的满足土木工程的安全性能要求，从而产生严重的倒塌或者是倒塌，做好土木工程中的减震防御工作，对我国建筑业的日后发展起到积极促进的作用。

　　参考文献

　　[1]武田寿一.建筑物隔震防震与控震[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

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　　[5] 黄永林 . 基础隔震研究与应用的回顾与前瞻 [J]. 地震学刊，2012（04）：58-66.

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