结构隔震与减震简介

结构隔震与减震简介汶川地震和日本福岛大地震让民众实实在在的体验到了大自然可怕的破坏力，也让我们对地震破坏产生了一种更深刻的敬畏。很明显，从今以后隔震减震的设计将以更大的比重加入到建筑结构的整体设计之中。作为一个未来的土木工程技术人员，在学习完结构动力学之后，结合网络知识的补充，对结构的隔震减震做一个简单的介绍。抗震结构主要分为：抗震结构、隔震结构和消能减震结构。抗震结构利用结构各构件的承载力和变形能力抵御地震作用，吸收地震能量，立足于“抗”。隔震结构在建筑物上部结构与基础之间设置滑移层，阻止地震能量向上传递，立足于“隔”。耗能隔震利用结构上的耗能装置来耗散或吸收地震输入结构的能量以减小主体结构的地震反应，立足于“消”。本文主要介绍后两种原理。一、隔振隔震技术原理：隔震系统的柔性层使结构的振动周期加大并远离地震动的卓越周期；增大了结构体系的阻尼。隔震包括基础隔震和层间隔震。房屋基础隔震的概念：在建筑物基础与上部结构之间设置隔震装置（或系统）形成隔震层，把房屋结构与基础隔离开来，利用隔震装置来隔离或耗散地震能量以避免或减少地震能量向上部结构传输，以减少建筑物的地震反应，实现地震时建筑物只发生轻微运动和变形，从而使建筑物在地震作用下不损坏或倒塌的抗震方法。基础隔震的原理：通过设置隔震装置系统形成隔震层,延长结构的周期，适当增加结构的阻尼,使结构的加速度反应大大减少,同时使结构的位移集中于隔震层,上部结构像刚体一样,自身相对位移很小，结构基本上处于弹性工作状态，从而建筑物不产生破坏或倒塌。隔震结构的组成及特性：隔震系统一般由隔震器、阻尼器等所构成，它具有竖向刚度大、水平刚度小，能提供较大阻尼的特点。为达到明显减震效果，通常基础隔震系统需具备以下四种特性：1承载特性：具有足够的竖向强度和刚度以支撑上部结构的重量；2隔震特性：具有足够的水平初始刚度，在风载和小震作用下，体系能保持在弹性范围内，满足正常使用的要求，而中强地震时，其水平刚度较小，结构为柔性隔震结构体系；3复位特性：地震后，上部结构能回复到初始状态，满足正常的使用要求。4耗能特性：隔震系统本身具有较大的阻尼，地震时能耗散足够的能量，从而降低上部结构所吸收的地震能量。隔震设计的步骤：a.隔震方案的确定。b.确定隔震层位置。c.隔震支座的选型、布置。d.计算水平减震技术；计算隔震后各层分布的地震力。e.验算隔震层的水平位移。f.隔震层下部的计算。g.验算竖向地震力。h.构造要求。隔震能使结构的基本周期延长，以避开地震动的卓越周期，明显地减轻结构的地震反应，使上部结构处于正常的弹性工作状态。隔震体系抗震措施简单明了，还能降低房屋造价，而且震后修复方便，震后只需对隔震装置进行必要的检查更换，有明显的社会效益和经济效益二、消能减震结构耗能减震技术是在结构物某些部位（如支撑、剪力墙、连接缝或连接件）设置耗能（阻尼）装置（或元件），通过该装置产生摩擦，弯曲（或剪切、扭转）弹塑性（或粘弹性）滞回变形来耗散或吸收地震输入结构的能量，以减小主体结构的地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，达到减震控制的目的。基本原理：在消能减震结构体系中，消能(阻尼)装置或元件在主体结构进入非弹性状态前率先进入耗能工作状态，充分发挥耗能作用，消耗掉输入结构体系的大量地震能量，使结构本身需消耗的能量很少，这意味着结构反应将大大减小，从而有效地保护了主体结构，使其不再受到损伤或破坏。由于消能减震结构具有减震机理明确、减震效果显著、安全可靠、经济合理、适用范围广等特点，目前已被成功用于工程结构的减震控制中。耗能元件大体上可以分为三类：1速度相关型耗能元件，如线性粘滞或粘弹性阻尼器；2位移相关型耗能元件，如金属屈服型或摩擦型阻尼器；3调谐吸震型耗能元件，如调谐质量阻尼器(TunedMassDamper，TMD)或调谐液体阻尼器(TunedLiquidDamper，TLD)。消能减震设计步骤：a.根据建筑物的重要性标准、设防烈度场地条件等因素，结合罕遇地震作用下的预期结构位移控制要求，确定减震要求。b.确定结构构件断面尺寸。c.选择效能器及其类型，确定效能器数量和分布。d.选择合适的分析方法进行消能减震抗震设计。e.采取必要构造措施。消能减震技术具有构造简单，造价低廉，适用范围广，维护方便的优点，既适于新建工程，也适用于已有建筑物的抗震加固改造；既适用于普通建筑结构，也适用于抗震生命线工程随着世界抗震隔震减震技术的逐步发展和推广，积极推荐隔震减震技术应用方面的标准化﹑工业化。我相信地震对人类正常生活的影响会越来越小。作为一个土木工程技术人员，我也会为此感到无比的欣喜！