消能减震理论及工程应用

 

摘　要:传统的抗震方法是房屋上部结构和基础牢牢地连接在一起,地震时,地面运动能量经过基础输入到房屋结构,致使房屋结构发生振动、变形,甚至倒塌。“消能隔震”的基本思想是使基础和上部房屋结构分离,隔离地震能量向建筑物的输入。实现地震时地动而建筑物基本不动,达到保证建筑物安全的目的。

关键词:地震;隔震消能;橡胶支座;感应气垫;弹簧轻轨

 

1 地震的产生及我国国情

      由于地球在不断运动和变化,逐渐积累了巨大的能量,在地壳某些脆弱地带,造成岩层突然发生破裂,或者引发原有断层的错动,这就是地震。地震分为构造地震、火山地震、陷落地震和诱发地震,绝大部分地震都发生在地壳中。

      我国地理位置位于世界两大地震带———环太平洋地震带与欧亚地震带之间,受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压,地震断裂带十分活跃。20世纪以来,我国共发生6级以上地震近800次,遍布除贵州、浙江两省和香港特别行政区以外所有的省、自治区、直辖市。地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广,是一个震灾严重的国家。1900年有记录以来,我国死于地震的人数达55万之多,占全球地震死亡人数的53%;地震成灾面积达30多万平方公里,房屋倒塌达700万间。地震及其他自然灾害构成我国的基本国情之一。

2 地震对建筑物的破坏情况及原因

      地震造成的破坏留给人类是深刻的。国内外大量的地震灾害说明,地震虽不可抗拒,但可以通过消能减震技术来减轻对建筑物的破坏。下面就几起大的地震来说明建筑物所遭受破坏的情况,迫切说明建筑物需要消能减震技术的应用。

2.1 唐山地震

      1976年7月28日,唐山发生了里氏7.8级的强烈地震,这次地震的一个重要特点就是位于震中区的建筑物普遍倒塌。震前唐山市的基本烈度定为6度,各类多层钢筋混凝土框架结构大多未按抗震要求设防。在9、10度区,框架遭受中等或严重破坏甚至倒塌,主要震害是节点或柱端混凝土严重压碎,钢筋严重压曲,节点破坏后柱端水平断裂、错位,主体承重结构破坏,尤其是承受重力的竖向构件(柱)的破坏,造成整个框架结构的倒塌。很少有倒塌瓦砾离原结构位置较远的情况。说明水平地震运动的往复作用破坏了结构,使之成为局部或整体可动机构,而最后倒塌则主要是结构丧失了承受竖向载荷的能力所致。

2.2 云南澜沧地震

      1988年11月6日在云南澜沧县发生了7.6级的强烈地震,地震区内的多层钢筋混凝土框架结构多为近年来的新建筑,设计中虽然考虑了抗震因素,但由于设计不完善且施工质量较差,多数首层为空旷的营业厅, 二层以上为用填充墙分隔成的办公室或居室。澜沧地震的主要破坏区域在近场区。整个在地震区见到的柱子破坏形态是沿横轴方向,因层间剪切变形导致柱端出现水平开裂的弯曲破坏形态。沿纵轴方向因窗间墙体与过梁的约束,框架柱呈现出短柱的剪压破坏形态,相互垂直的两水平轴向的地震输入造成上述震害。

2.3 日本神户地震

      1995年1月17日在日本关西兵库县发行了里氏7.2级大地震,主要表现为竖向地震。神户市存在着新老规范设计并存的建筑,7~8层框架结构较多,这次地震破坏相当严重,主要为钢筋混凝土柱子的混凝土压碎,纵筋压屈,7~8层的框架除个别底层柱子破坏以外,多数框架柱都在第三或第四层发生破坏,主要原因是由于:(1)强梁弱柱,柱发生破坏导致框架中间层倒塌;(2)刚度突变层,如劲性钢筋混凝土结构变为钢筋混凝土结构的变化层;(3)地震力沿高度分布不合理,不少框架结构整体倾斜倒塌。

      大量地震实例表明,工程建筑进行抗震设防,所造成灾害的轻重程度是截然不同的。但经过抗震设防和加固的建筑工程也并不能完全有效地防御地震造成的破坏。

      目前,一种以柔克刚理念建造的消能减震房屋,正日益受到人们的关注。

3 房屋建筑的隔震消能

      我国41%的国土、50%以上的城市位于地震烈度7度以上的地区,面临

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