减隔震技术的应用与发展

减隔震技术的应用与发展

作者：张一弛陈学康

来源：《科学与财富》2019年第20期

摘要：近年来，随着社会经济的迅速发展，城市化进程不断加快。高层建筑及大型桥梁在各个给国家兴起。高层建筑结构及桥梁等建筑设计考虑的重点是地震作用。为了减小地震作用所带来的损失，减隔震技术的运用有重要意义。本文简要说明了减隔震技术的定义，原理，装置。同时本文以几个国家的减隔震技术发展为例，介绍了减隔震技术的应用以及前景。

关键词：减隔震；建筑物；技术应用；桥梁

引言：地震是一种常见的自然灾害，目前，人类社会并不能避免地震的发生，但是我们能尽量减少生命财产在地震中的损失。因此世界各国都在致力于做好工程抗震减灾工作。为了能尽最大限度地减少生命财产损失，必须采用减隔震技术对建筑物进行加固，提高建筑物本身的抗震能力。因此，减隔震技术的研究具有重大意义，本文通过对减隔震技术的发展和运用进行相应的介绍，希望对读者有所帮助。

1减隔震技术简介

1.1减隔震技术

减隔震技术介绍：隔震技术是指在工程结构和基础之间，设置隔震层，把结构物和地面分开，隔离地震能量向工程结构传递，减轻地震灾害。这就是工程隔震保护。消能减震为建筑结构的部分部位。像（支撑，剪力墙等）安装了消能（阻尼器）或元件的建筑结构。

1.2减隔震技术的原理

1.2.1 减震技术原理

减震技术主要是利用阻尼与耗能构件，在桥梁抗震主要部位改变其结构动力性，进而实现抗震性能的提升。同时研究者还发现，耗能构件在抗震过程中还可以利用自身结构特点，吸收强力震动带來的破坏性能量，进而为桥梁结构受到的震动破坏提供缓冲，确保其整体的稳定性与完整性。

1.2.2 隔震技术原理

隔震技术则是通过特殊结构造型设计，提高桥体抗震性能。其在设计中采用了较为明显的震动周期结构，使桥梁在震动发生时可以确保整体结构适应地震能量输入，为震动情况下的桥

梁提供缓冲保证其整体结构不受到严重破坏减隔震技术在使用中的原理分析减隔震技术抗震性能是通过其装置性能实现的。

1.3减隔震技术的装置

1.3.1 粘滞阻尼器

粘滞阻尼器的基本工作原理是通过阻尼耗能的方式，来避免桥梁结构的不必要的耗能。粘滞阻尼器主要是依据流体运动的原理进行设计，当一种流体经过节流孔时，会在一定程度上产生一些粘滞阻力，基于此，在地震来临时，粘滞阻尼器就像一个“安全气囊”，在最大限度内对地震可能对桥梁结构造成的冲击能力进行吸收和消耗，最终保护桥梁结构的安全，最大程度的降低损失。因此，粘滞阻尼器在桥梁领域已广泛应用。

1.3.2 分层橡胶支座

分层橡胶支座又被称为板式橡胶支座，其结构主要是由薄钢板。薄橡胶片相互交替结合而构成的，大多为圆形或矩形构成的支座形状。在抗震设计过程中，通常需要对阻尼作用与水平刚度进行重点考虑。一般情况下，橡胶支座主要通过消耗变形过程中的能量为支座提供阻尼。胶层变形的速度决定了阻尼的大小。通过相关研究可知，采用天然橡胶制作的支座阻尼约为5%—10%，分层橡胶提供的阻尼通常较小。对此，在进行减隔震桥梁设计时常采用综合使用分层橡胶支座与阻尼器的方式进行。

1.3.3 摆式滑动摩擦支座

摆式滑动摩擦支座的基本作用原理是通过在曲面上产生的滑动摩擦来抵消地震能量，延长结构的自振周期，根据隔震方向分为球面、柱面两大类，前者用于结构水平的双向隔震，后者用于结构水平的单向隔震。

2 减隔震技术的发展状况及应用

2.1 减隔震技术的发展状况

2.1.1 日本减隔震技术的发展状况

日本是针对台风、地震等恶劣环境因素，日本桥梁设计人员采用先进的抗风、抗震设计方法，通过充分的模型实验和工艺研究，保证大桥抵御自然灾害的能力。目前，日本高桥中的多层桥多（一般3—5 层，有的5 层以上）、高桥多（高度有的达50m以上）。为在地震时避免受到直接和间接次生灾害的影响，日本桥梁设计人员都作了抗震考虑，其抗震等级都比较高。对大跨径的桥梁（如悬索桥、斜拉桥）进行了特殊的动力分析，如地震时程分析耐风振的模型实验等。

2.1.2 美国减隔震技术的发展状况

从20 世纪70 年代开始，欧美国家已经将减隔震技术应用到传统桥梁建造中，如美国在1984年对Sierra Point Bridge 进行抗震加固， 1990 年建造的Sex ton隔震桥也应用了减隔震技术。Sierra Point Bridge建于1965年，长200米，宽40m，当水平方向略有弯曲时，动力分析表明在0.69g水平加速度的强震作用下该桥将会遭到破坏；解决办法是用铅芯橡胶支座来代替一刚性球铰支座进行隔震，在不中断桥上桥下交通的情况下进行。预计这座大桥在设计的地震震级和烈度下，地震发生时和刚发生后都能继续使用。

2.1.3 中国减隔震技术的发展状况

20世纪80年代后期我国学者开始关注橡胶支座隔震技术。以中国建筑科学研究院、华中科技大学、原华南建设学院西院、同济大学等科研院所的科研工作者对叠层橡胶支座滞回性能、测试和检测技术、振动台试验验证、分析与设计方法、标准编制等方面进行了大量的科学研究工作。到20世纪末，国内关于橡胶支座隔震结构相关科学与技术问题的研究已经取得了大量成果。到21世纪初，我国相继颁布了隔震技术相关的规范、规程和标准图集，标志着国内的隔震技术也进入了成熟应用的阶段。

2.2 减隔震技术的应用

2.2.1 减隔震技术在桥梁中的应用

传统技术桥梁减隔震的传统技术，是利用桥梁结构构件自身的强度和变形能力来应对。由于地震对地基的破坏，在传统上，多是采用精细内部构件来确定桥梁整体的稳固和完整无缺。但是因为相当于用桥梁自身来抵御震动产生的动力，不可避免会造成桥梁的损害。从2008年汶川地震的震后调研显示：中小跨径桥梁的震害主要是主梁移位、支座与挡块破坏、桥墩局部混凝土开裂等，调研的 2316 座简支梁桥中发生桥在桥梁建设和设计的过程中，是通过利用隔震器对桥梁内部结构，进行有效的控制，对地震带来能量进行有效的阻隔。由此看来减隔震技术进行全面、有效的运用这样仅仅保证桥梁的质量，相应的也提高了施工单位的质量。

2.2.2 减隔震技术在高层建筑中的应用

高层建筑的整体质量的保障需要减隔震技术。地震对于建筑物的破坏主要是由于地面的不规则运动对建筑物产生了强烈的振动，由于这种破坏力来自于地面，会借助建筑结构直接向上层建筑框架进行传递，因此，要想从根本上提高建筑结构的减震水平，就要对结构底部的有限滑动能予以处理，确保其能合理减轻上部结构的破坏程度。目前，主要是借助软弱隔震层的变形情况，对地震能量的输入予以分析，从根本上减少地震地面运动的结构影响力，一定程度上避免地震对人身安全以及建筑物破坏程度的影响。