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学生：St思达专业：建筑与土木工程目录3.基础隔震技术4.消能——阻尼器1.工程抗震基本知识2.结构隔震和减震5.认识和总结1.工程抗震基本知识地震：又称地动、地振动，是地壳快速释放能量过程中造成的震动，期间会产生地震波的一种自然现象。震级和烈度的区别：震级：表示地震本身大小的一种度量，是以地震仪测定的每次地震活动释放的能量多少来确定的。烈度：地震发生时，在波及范围内一定地点地面振动的激烈程度（影响和破坏程度）。1.1地震1.工程抗震基本知识一次地震，表示地震大小的震级只有一个。由于同一次地震对不同地点的影响不一样，随着距离震中的远近会出现多种不同的烈度。1.1地震1.工程抗震基本知识1.2地震动三要素最大振幅定量放映地震动的强度特性频谱持时揭示考察地震动的周期分布特征地震动循环作用程度的强弱1.3地震破坏作用分类地表破坏建筑物破坏次生破坏地表破坏：静力破坏：建筑物的破坏因地表破坏引起建筑物破坏由于地震地面运动的动力作用引起1.工程抗震基本知识1.4抗震设计理论抗震设计理论是通过适当的设计，使建筑物结构形成延性结构体系。这种“延性结构”体系，是指通过适当设计建筑结构，控制结构体系的刚度，在小震下结构具有足够的强度承受地震作用，当大震时部分结构构件进入塑性状态，但不发生倒塌，以消耗地震能量，减轻地震反应。这一抗震设计目标具体简化为“小震不坏”、“中震可修”、“大震不倒”的三水准两阶段设计思想。这种设计思想抵御地震作用立足于“抗”，即是依靠建筑物本身的结构构件的强度和塑性变形能力，来抵抗地震作用和吸收地震能量。1.工程抗震基本知识1.4抗震设计理论这种传统的方法在很多情况下是有效的，但仍存在很多问题难以解决。比如如下方面：安全性：突发超过设防烈度的地震、随机性适用性：不容许在地震中破坏的结构、贵重装饰经济性：断面配筋大，造价高建筑技术发展新要求：轻材质、小截面构件在此中情况下，结构减震、隔震技术运用而生。2.1工程隔震建筑隔震体系的提出：随着社会经济的发展，一方面建筑结构内部的设备、装修等日趋复杂和昂贵，很多重要建筑不允许结构构件在地震作用下进入塑性工作阶段，对结构的抗震性能提出更高的要求；另一方面，建筑结构体系越来越复杂，对使用功能的要求也越来越高。依靠传统的结构构件发生塑性变形来消耗地震能量保证结构大震的安全延性结构体系，已不能满足实际需要。为解决这一矛盾，隔震结构体系逐渐发展起来。2.工程隔震和减震2.1工程隔震隔震：是指在建筑中设置柔性隔震层，地震产生的能量在向上部结构体系传递的过程中，大部分被柔性隔震层所吸收，仅有少部分传递到上部结构，从而降低上部结构的地震作用，提高其安全性。2.工程隔震和减震2.1工程隔震隔震体系组成：基础隔震结构体系通过在建筑物的基础和上部结构之间设置隔震层，将建筑结构分为上部结构、隔震层和下部结构三部分。隔震层通常由隔震支座和阻尼器组成。2.工程隔震和减震2.2隔震技术原理2.工程隔震和减震我国结构设计用的规范反应谱2.2隔震技术原理2.工程隔震和减震2.2隔震技术原理2.工程隔震和减震该图为有效隔震，结构自震周期大于场地特征周期，结构所受地震力有所下降。2.2隔震技术原理2.工程隔震和减震该图为无效隔震，这种情况在场地特征周期Tg比较长的软土场地（比如长三角、珠三角地区）上比较容易出现。2.3建筑隔震的分类(1)按隔震层的位置划分：①基础隔震②层间隔震③大跨空间屋架或网架支座隔震④房屋内部局部隔震2.工程隔震和减震2.3建筑隔震的分类(2)隔震技术类型分类：①叠层橡胶支座隔震技术②摩擦滑移隔震技术③滚动隔震技术④碟形弹簧竖向隔震技术⑤复合隔震技术2.工程隔震和减震①叠层橡胶支座隔震技术2.工程隔震和减震①叠层橡胶支座隔震技术叠层橡胶支座由夹层薄钢板（内部钢板）和薄层橡胶片交替叠层而成。每层橡胶片越薄，钢板的相对约束能力越大，因此压缩变形也越小。而在叠层橡胶支座剪切变形时，钢板不会约束剪切变形，橡胶片可以发挥自身柔软的水平特性，从而通过自身较大的水平变形隔断地震作用。叠层橡胶隔震支座隔震是目前技术成熟、应用较多的一种隔震类型。2.工程隔震和减震②摩擦滑移隔震技术2.工程隔震和减震②摩擦滑移隔震技术摩擦滑移隔震技术是开发最早的隔震措施之一，基本原理是把建筑物上部结构做成一个整体，在上部结构和建筑物基础之间设置一个滑移面，允许建筑物在发生地震时相对于基础做整体水平滑动。该技术具有简单易行、造价低廉、几乎不会出现共振现象等优点。摩擦滑移隔震结构的隔震层通常由摩擦滑移机构和阻尼向心机构组成，摩擦滑移机构起隔离地震作用，阻尼向心起限位复位作用。2.工程隔震和减震③滚动隔震技术2.工程隔震和减震③滚动隔震技术滚动隔震是在基础与上层结构之间铺设一层用高强合金制成的滑动性能好的滚球或滚轴，从而隔离地震的水平作用。滚动隔震装置包括：双向滚轴加复位消能装置、滚球加复位消能装置、滚球带凹形复位板、碟形和圆锥形支座等几种形式。研究表明，设计合理的滚动支座具有良好的稳定性、限位复位功能和显著的隔震效果。2.工程隔震和减震④碟形弹簧竖向隔震技术2.工程隔震和减震碟形弹簧在荷载作用方向上尺寸较小，且能在很小变形时承受很大荷载，轴向空间紧凑，单位体积材料的变形能较大，具有较好的缓冲吸振能力，特别是在采用叠合弹簧组时，由于表面摩擦阻尼作用，吸收冲击和消散能量的作用更显著。研究表明，利用碟形弹簧竖向隔震装置进行竖向减震以后，结构的各层最大位移比未经隔震以前的建筑可以降低40%左右，具有较好的竖向隔震效果。2.工程隔震和减震④碟形弹簧竖向隔震技术⑤复合隔震技术应用各种不同隔震技术所具有的各自不同的特点，在同一隔震结构中把不同的隔震装置以并联或串联的方式组合起来使用，并进行优化，则可兼收各技术的优点，这就是复合隔震技术。由于地震的不确定性，具有三维地震分量的三维基础隔震是非常有必要的，常见三位复合隔震装置有：液压装置和橡胶支座组合的三维隔震系统；叠层橡胶—碟簧三维隔震支座；摩擦—弹簧三维复合隔震支座。2.工程隔震和减震2.工程减震、隔震2.4建筑隔震体系的优点①明显有效地减轻结构的地震反应由地震模拟试验结果可知：隔震体系的结构加速度反应只相当于传统结构加速度反应的1/3～1/10。这种减震效果是一般传统抗震结构所望尘莫及的。从而能非常有效地保护结构物或内部设备在强地震冲击下免遭任何毁坏。②确保安全在地面剧烈震动时，上部结构仍能处于正常的弹性工作状态。这既适用于一般民用建筑结构，确保居民在强地震中的绝对安全，也适用于某些重要结构物和重要设备。2.工程减震、隔震2.4建筑隔震体系的优点③减低房屋造价据有关数据显示：采用隔震技术建造的房屋比传统抗震房屋节省房屋土建造价：7度区节省3%-6%，8度区节省8%～14%，9度区节省15%～20%。并且安全度大大提高。④抗震措施简单明了抗震涉及的对象从考虑整个结构物的复杂的不明确的抗震措施转变为只考虑隔震装置，简单明了。结构物本身与一般非地震区的做法无疑，设计施工大大简化。2.工程减震、隔震2.4建筑隔震体系的优点⑤震后修复方便地震后，只对隔震装置进行必要的检查更换。而无需考虑建筑结构物本身的修复，地震后可很快恢复正常生活或生产，这带来极明显的社会效益和经济效益。2.工程隔震和减震2.5消能减震减震：是通过采用一定的耗能装置或附加子结构，吸收或消耗地震传递给主体结构的能量，从而减轻结构的振动。减震立足于“消能”。结构消能减震体系，就是把结构的某些非承重构件（如支撑、剪力墙、连接件等）设计成消能杆件，或在结构的某部位（层间空间、节点、连接缝等）设置消能装置。在风或小震时，这些消能构件或消能装置具有足够的初始刚度，处于弹性阶段；在中、大震时，消能构件或消能装置率先进入非弹性阶段，产生较大阻尼，消耗输入结构的地震能量。2.工程隔震和减震2.6消能减震的优点消能减震结构体系与传统抗震结构体系相比：（1）安全性振动台实验表明，地震反应比传统结构降低40%~60%。（2）经济性可减少剪力墙的设置，减少结构断面和配筋，可节约造价5%~10%。（3）技术合理性结构越高，越柔，消能减振效果越显著。2.工程隔震和减震2.7消能减震适用范围消能器属于非承重构件，其功能仅在结构变形过程中发挥耗能作用，一般情况下不承担结构竖向荷载作用，即增设消能器不改变主体结构的竖向受力体系，故消能减震技术不受结构类型、形状、层数、高度等条件的限制。一般来说，结构越高、越柔、跨度越大、变形越显著，消能减震效果越明显。故多用于下述结构：①高层建筑，超高层建筑；②高柔结构，高耸塔架；③大跨度桥梁；④柔性管道、管线；⑤旧有高柔性建筑或结构物的抗震性能改善提高。3.1叠层橡胶隔震支座3.基础隔震技术3.1叠层橡胶隔震支座叠层橡胶隔震支座以橡胶和薄钢板交互叠置而成。由于橡胶材料弹性模量很小，其泊松比接近于0.5,近似具有非压缩性，把橡胶制成薄层，以钢板来约束其压缩时产生的横向膨胀，则轴向变形很小，并且会产生很强的抗压能力。而由于钢板对于橡胶的水平向剪切变形没有约束，橡胶片可以发挥自身的柔软特性，隔断地震剪切波向上部结构的传递。目前叠层橡胶支座隔震系统已成为国际上隔震体系的主流。3.基础隔震技术3.2叠层橡胶隔震支座分类按材料分类：（1）天然橡胶隔震支座：竖向支持能力，水平恢复能力。（2）铅芯橡胶隔震支座：具有竖向支持能力，水平恢复能力及阻尼，可单独使用。（3）高阻尼橡胶隔震支座：具有竖向支持能力，水平恢复能力及阻尼，但阻尼力略不足，和其它阻尼器配合使用。3.基础隔震技术（1）天然橡胶隔震支座工作原理：竖向刚度较大，竖向变形小；水平刚度较小，线性性能好。阻尼较小，耗能能力不强，一般需要与阻尼器联合使用。3.2叠层橡胶隔震支座分类3.基础隔震技术（2）铅芯橡胶隔震支座工作原理：在普通叠层橡胶支座中插入铅芯，以改善橡胶支座阻尼性能，铅芯在多层橡胶支座剪切变形时，靠塑性变形吸收能量。地震后，铅芯又通过动态恢复与再结晶过程，以及橡胶的剪切拉力的作用，建筑物自动恢复原位。3.2叠层橡胶隔震支座分类3.基础隔震技术（3）高阻尼橡胶隔震支座工作原理：在橡胶中加入黑炭，通过炭黑与橡胶分子链的游离基产生化学吸附与结合，形成炭黑—橡胶凝胶结构来增加橡胶的阻尼，因而具有吸收和耗散振动能量的功能。3.2叠层橡胶隔震支座分类3.基础隔震技术3.3叠层橡胶隔震支座主要构造（1）钢板与薄橡胶层可靠黏结，确保钢板能对橡胶的膨胀变形进行有效约束，使橡胶具有较高的竖向受压承载力和一定的抗拉能力。（2）设置保护层，使橡胶垫具有更高的耐老化性能（耐高低温老化、耐臭氧老化）、耐水性、耐酸碱腐蚀性、耐火性能等。（3）设置连接板，使支座与上下结构（构件）可靠连结。3.基础隔震技术3.3叠层橡胶隔震支座主要构造构造如下：由钢板和薄橡胶片交替叠放，上下设置连接板，用于连接上下结构，橡胶中心圆孔内设置铅芯，胶层外围有保护胶。3.基础隔震技术3.4隔震支座具备以下基本特征（1）足够的竖向承载力（2）隔震特性（3）复位特性（4）阻尼消能特性（5）隔震结构体系能有效保护上部结构3.基础隔震技术3.5基础隔震体系适用范围基础隔震体系目前多用于30层以下、高宽比较小(不大于4）、上部结构水平层刚度较大的规则建筑结构。上部结构层数较多、高宽比较大、层间刚度较小，则上部结构须视为多质点体系，采用多质点模型，并需要考虑结构的倾覆、扭转等因素。解释3.基础隔震技术3.6时代中历经检验的隔震技术木建筑的斗拱是一种极优的消能节点，变形过程中通过相互摩擦，以此来耗散地震能量。比如，台北孔庙，建于1879年，经历多次强震完好无损。3.基础隔震技术3.6时代中历经检验的隔震技术河北蓟县独乐寺，始建于唐代，乾隆年间重修，历经36次地震观音阁和山门保存完好。唐山大地震，观音阁保存完好。3.基础隔震技术柱基铰接，柱和基础之间有柱座（石或木），形成柔性铰接，隔震消能。3.6时代中历经检验的隔震技术故宫神武门和交泰殿，均为木结构，唐山大地震神武门柱檐位移仅4cm，交泰殿柱脚位移2cm，其它基本完好。3.基础隔震技术柱和基础滑