李慶華 王 凱/華北理工大學(xué)

隔震技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

李慶華 王 凱/華北理工大學(xué)

隔震技術(shù)自20世紀(jì)60年代開(kāi)始，已在世界范圍內(nèi)得到廣泛的發(fā)展。是一種通過(guò)設(shè)置隔震層來(lái)提高建筑物的抗震能力的技術(shù)。在我國(guó)，隔震減震技術(shù)的應(yīng)用，不僅打破了常規(guī)的“三水準(zhǔn)”抗震設(shè)防的被動(dòng)理念，而且極大提高了建筑物結(jié)構(gòu)的抗震能力，通過(guò)大量實(shí)例表明，隔震技術(shù)在建筑物中的應(yīng)用，在震害過(guò)后很大程度避免了地震所帶來(lái)的災(zāi)害。

隔震技術(shù)；疊層橡膠隔震支座；摩擦滑移隔震支座；阻尼器

一、地震災(zāi)害

地震災(zāi)害作為全球最主要的災(zāi)害之一，一直以來(lái)對(duì)人類(lèi)的生命財(cái)產(chǎn)造成極大的損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球上每年約發(fā)生500多萬(wàn)次地震，即每天要發(fā)生上萬(wàn)次的震。其中絕大多數(shù)太小或太遠(yuǎn)，以至于人們感覺(jué)不到；真正能對(duì)人類(lèi)造成嚴(yán)重危害的地震大約有十幾二十次；能造成特別嚴(yán)重災(zāi)害的地震大約有一兩次。所以地震一直威脅著人類(lèi)的生活或者生命。地震災(zāi)害給人類(lèi)帶來(lái)的損失是不可估量的，在國(guó)外，發(fā)生在1960年5月22日的智利地震，震中在康塞普西翁。從5月21日至6月22日，共發(fā)生過(guò)10次7級(jí)以上的地震，其中3次超過(guò)8級(jí)。5月22日的地震,震級(jí)達(dá)8.9級(jí)。這次地震破壞最重的地區(qū)是從圣地亞哥到蒙特港等地。地震時(shí)產(chǎn)生的海嘯越過(guò)太平洋，日本海岸遭到的海嘯浪高達(dá)4米，造成巨大災(zāi)害。由于此震甚強(qiáng)，它激起了明顯的地球自由振蕩。2004年12月26日，印度洋發(fā)生了海嘯，海洋中心震級(jí)達(dá)里氏9.2級(jí)，釋放的能量相當(dāng)于2.3萬(wàn)顆原子彈集中爆炸的能量，地震引發(fā)的海嘯襲擊了印度洋沿岸的11個(gè)國(guó)家，遇難人數(shù)近23萬(wàn)人。在中國(guó)，1976年，中國(guó)唐山發(fā)生里氏7.8級(jí)大地震，共造成24.2萬(wàn)多人死亡。唐山大地震無(wú)明顯前震，余震持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)16小時(shí)。唐山大地震是20世紀(jì)十大自然災(zāi)害之一。2008年5月12日，中國(guó)西南部四川省遭受里氏7.9級(jí)大地震襲擊，近7萬(wàn)人遇難，1000多萬(wàn)人無(wú)家可歸，財(cái)產(chǎn)損失超過(guò)860億美元。

二、建筑結(jié)構(gòu)抗震策略思想的發(fā)展

工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防策略思想的發(fā)展，主要有四個(gè)階段，第一階段是歷史上的“剛?cè)嶂疇?zhēng)”，即一些觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為建筑結(jié)構(gòu)修建的越結(jié)實(shí)抗震性能越好，例如蘇聯(lián)克林姆林宮等建筑。但是其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)過(guò)于笨重，浪費(fèi)材料。第二階段“消耗戰(zhàn)”——主體結(jié)構(gòu)損傷。目的是為了消耗地震的能量，從而剩下的部分能量不足以將建筑物破壞。第三是“防御戰(zhàn)”，即用隔震耗能部件保護(hù)主體結(jié)構(gòu)免受損傷。例如通過(guò)加隔震支座或阻尼構(gòu)件隔離或消耗部分地震所產(chǎn)生的能量。第四個(gè)階段是“招安”——地震能量?jī)?chǔ)存和實(shí)際應(yīng)用。目的是將地震所產(chǎn)生的能量加以利用，但目前還在研究階段。

三、隔震系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

隨著工程的發(fā)展，隔震技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，隔震系統(tǒng)可分為層間隔震體系，基礎(chǔ)隔震體系，懸掛隔震體系以及調(diào)協(xié)質(zhì)量阻尼體系[1]。層間隔震就是在建筑上部結(jié)構(gòu)層與層之間設(shè)置隔震層，而基礎(chǔ)隔震就是在基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震層。隔震系統(tǒng)一般主要由隔震支座和阻尼器構(gòu)成。隔震支座一般分為三類(lèi)，疊層橡膠隔震支座，摩擦滑移隔震支座與滾動(dòng)摩擦隔震支座，具體分類(lèi)見(jiàn)下圖。

圖1 隔震裝置的分類(lèi)

四、隔震系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)及不足

（一）隔震技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

隔震技術(shù)相比普通的抗震技術(shù)有很大的優(yōu)勢(shì)，研究表明，應(yīng)用隔震裝置能很大程度的減小建筑物的地震動(dòng)反應(yīng)。隔震結(jié)構(gòu)的層間位移，加速度響應(yīng)，層間剪力都比一般結(jié)構(gòu)的數(shù)值小很多。應(yīng)用隔震技術(shù)能有效的“隔離”地震，不僅使結(jié)構(gòu)不受到破壞，而且并保護(hù)了結(jié)構(gòu)內(nèi)部的設(shè)備，裝置等免遭破壞。在地震過(guò)程中，能保護(hù)通訊設(shè)備，重要軍事儀器免遭破壞，是極有意義的。

圖2 疊層橡膠隔震支座的應(yīng)用

（二）隔震系統(tǒng)的不足

現(xiàn)階段工程中發(fā)展比較成熟的是橡膠隔震支座，但橡膠隔震支座造價(jià)較高，橡膠容易老化使其縮短了結(jié)構(gòu)本身的使用年限?；颇Σ粮粽鹬ё诮ㄖc橋梁上也有應(yīng)用，目前，摩擦滑移隔震在我國(guó)工程上的應(yīng)用還處于起步階段，主要原因是各種摩擦滑移類(lèi)支座有不少是以滾珠、滾軸、涂層鋼板等作為滑移材料的隔震裝置，雖具有承載力高、造價(jià)低、耐久性好、制作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，但也存在一些問(wèn)題，一般摩擦滑移隔震支座都以聚四氟乙烯作為摩擦耗能材料。但是在實(shí)際應(yīng)用中聚四氟乙烯卻存在著冷流性、熔體粘度高、附著性差、高軸壓下易變形和在 400℃高溫下會(huì)分解出有毒氣體等問(wèn)題。其次，摩擦滑移隔震支座復(fù)位能力差，所以經(jīng)常和橡膠隔震支座進(jìn)行組合，并通過(guò)增加阻尼裝置進(jìn)行耗能。來(lái)提高隔震系統(tǒng)整體的效果。

五、結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)41％的國(guó)土、50％以上的城市位于地震強(qiáng)度7度以上的地帶,面臨的地震災(zāi)害形勢(shì)非常嚴(yán)峻?，F(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)頒布了《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《建筑隔震橡膠支座》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求和性能指標(biāo),隔震技術(shù)已被列為國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部重點(diǎn)科技成果推廣項(xiàng)目。隨著我國(guó)建筑隔震橡膠支座工程應(yīng)用實(shí)踐的成功、國(guó)家抗震減災(zāi)措施的落實(shí)、建筑隔震橡膠支座應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步以及人們抗震意識(shí)的提高,建筑隔震橡膠支座的應(yīng)用將日益廣泛,發(fā)展前景廣闊。

[1]蔡蔭. 碟簧豎向隔震支座的試驗(yàn)研究[D].廣州大學(xué),2012.

[2]蘇經(jīng)宇,曾德民. 我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)的研究和應(yīng)用[J].地震工程與工程振動(dòng),2001(4),94-101.

[3]丁攀攀. 國(guó)內(nèi)建筑隔震橡膠支座的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J]. 橡膠工業(yè),2009,08:506-510.