浅析建筑结构三维隔震技术

２ Ｑ １
Ｑ ： Ｑ 垒 （ ）
Ｃｈｉ ｎ ａ Ｎｅ ｗ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ 源自 ｔ ｓ 建 筑 技 术
浅析建筑结构三维 隔震 技术
田 坤
（ 广 州大学土木工程学院， 广 东 广州 ５ １ ０ ０ ０ ６ ）
三维隔震支座一 般分为两个部分 ： 水平 方 向隔震 的橡胶支座和竖 向隔震装置 。 水平 方 向一般采用技 术成熟 的铅 芯橡胶 支座 ， 而 三 维隔震 支座根 据竖 向隔震 装置 主要有 以
下五种 。
２ ． １摩擦一 弹簧 三维复合隔震支 座（ Ｍ Ｔ － Ｆ Ｇ Ｚ支座 ） 在水 平隔震方面 ， 采用的是 聚四氟乙烯 板 滑移 装置 ， 在滑移 的过程 中耗散地震 输入 的能量 ，设置 的水平 方 向弹簧 刚度可 以调 节， 来延 长结 构 自 振 周期 ， 并且还 能提 供水 平 恢复力 ， 实现震后 结构复位 的功能 。竖 向 隔震方面 ， 布置竖 向弹簧 来调节 隔震支座 的 竖 向刚度 ， 选择合理 的竖 向刚度来减 小结构 的竖向地震反应 。 竖 向隔震装置采用螺旋压 缩弹簧或者碟形 弹簧 ， 两者各有 优点 。螺旋 压缩弹簧 是线性变形 ， 刚度稳定 ， 加工方 便 ， 但是承载力 和阻尼较小 ； 碟形 弹簧的 刚度相 比较螺旋 弹簧较大 ，可 以提供竖 向阻尼 ， 呈 现 一定 的滞 回性 能 ， 但 是价 格较高 ， 构造 比 较复杂 。 ２ ． ２竖 向隔振一 水平隔震支座 该 支座具 有水 平隔震 、竖 向隔振 的作 用， 它 由连接板 、 竖 向隔振 支座 和水平 隔震 支座构成 。 水平隔震支座可采用高阻尼橡胶 支座、 普 通橡胶 支座 、 铅 芯橡 胶支 座和 滑板 支座等技术成熟 的支座产 品 ， 水 平刚度小 ， 可以达到水平隔震的作用。 竖 向隔振装置可 以使用 多层 橡胶 ， 其 竖直 刚度小 ， 可 以达到 竖向隔振的作用 。 此种 三维 隔震 支座在实 际 工程 中已有应 用 ， 对地铁引起 的振动有 良好 的效果 。 ２ ． ３环形弹簧三维 隔震抗倾 覆支座 下半 部分采 用环形 弹簧 来实 现竖 向隔 震， 弹簧 的外面 是特殊 设计 的 圆筒 ， 圆筒 的
１概 述
用。
隔震 结构 是指在 建筑物 上部结 构 与基 础之 间设 置隔震层 ， 延长整 个结构体 系的 自 振 周期 、 增 大 阻尼 、 减 小输入 上部 结构 的地 震作用 ， 达到防震要求 。 地震 作用是三维 的， 较大分量 的竖 向地 震， 成 为结构倒塌 的重要 诱 因。水 平隔震通 过设 置水平隔震层 ， 延 长上部结 构的周期 ， 减小结构 的加速 度反应 ； 竖 向隔震 通过竖 向 隔震装 置 ， 延 长上 部结构 的周期 ， 使结 构 的 加速度反应减小。 ２三维隔震装置
摘 要： 本 文概 述 了三 维隔震 技 术的原 理 ， 对现 阶段研 发 出来 的几 种三 维 隔震 支座进 行 了详 细说 明 ， 简要 介 绍 了三 维隔震技
术理 论研 究和 振动 台试 验 的进展 ， 指 出有待 于解决 的一 些 问题 。 关键 词 ： 三维 隔震 ； 竖 向隔震 ； 振动 台试 验 中 图分类 号 ： Ｔ Ｖ ２ ２ ３ ． ７ 文献 标识码 ： Ａ
制油缸 内油体与 外接储 油箱 油体 之间 的油 ２ ． ４厚橡胶层三维隔震抗倾覆支 座 路。 当结构 未遭 受地震 或地震时竖向加速度 该 支座下 部分 构件是 添加 了钢 丝绳 的 反应 未超 过限定 值 时 ， 电磁 阀关 闭 ， 竖 向隔 叠层 厚橡胶支座 ， 钢丝绳 在初始状 态下是 张 震装置 的竖向刚度很大 ； 当遭受地震 使结构 紧的 ， 当支座 受拉 时 ， 钢丝 绳与 叠层厚 橡胶 的竖 向加 速度反应超过 限定值时 ， 电磁 阀开 支座共同承受拉力 。 叠层厚橡胶支座 的上 下 启 ， 竖 向隔震装置提供 较小 的竖 向刚度 ， 并 联结板各焊一个 圆筒 ，两个 圆筒套在一 起 ， 且还 可以提供一定 的竖向阻尼 ， 起 到竖 向隔 起到导 向作用 ， 限制 叠层厚橡胶 支座 的水 平 震 的作用 。 位移 ， 防止失稳 。 ２ ． ５ ． ６带 菱形钢板 阻尼 器的三维 隔震支 ２ － ５碟形 弹簧为竖 向隔震 支座 座 ． ２ ５ ． １ ３ Ｄ １ Ｂ 不需额外附加竖 向阻尼器 的 主要 由铅芯橡胶 隔震 支座 、 组合碟形 弹 组合式三维隔震支座 簧和菱形 钢板耗能阻尼器 ３ 部分组成 。 在组 由 组 合 式 碟 形 弹 簧 竖 向 隔 震 支 座 合碟形弹簧 中间设 置导 向轴 ， 并且在导 向轴 （ Ｄ Ｓ Ｂ ） 和铅芯橡胶支座两部分 串联 而成 。上 顶端设置抗拉挡板 和抗拉螺 栓 ， 防止上 连接 部分 为 Ｄ Ｓ Ｂ ， 采用不 同尺寸的多个碟 形弹簧 板受到较大拉 力时脱离碟形 弹簧 ， 菱形 钢板 柱并 联而成 ， 通过不 『 可尺寸的碟形 弹簧搭 配 阻尼器 的中间通过在螺杆 连接在上 联结板 ， 和组合 ， 使支 座的高 度减 小 ， 并且 竖向 刚度 两端支撑 在中间连接板 的支撑架上 ， 组 合碟 又不会太 大 ， 碟 形 弹簧 的数量较 多 ， 不 需要 形 弹簧 和菱 形钢板 阻尼 器 两者组成 竖 向隔 外加阻尼器 Ｄ Ｓ Ｂ 就会有较高 的竖向阻尼 ， 实 震 系统 。 在竖向隔震系统的下部安装铅芯橡 现竖 向隔震 。 下部 串联铅芯橡胶支座来实 现 胶支座 ， 实现三维隔震 。 水平 隔震 。 ３三维隔震 结构试验研究 ２ ． ５ ． ２ Ｓ Ｍ Ａ三维 隔震 支座 三 维隔震结 构 的振动 台试 验完成 的较 由叠层橡胶 支座 、 形状 记忆合金 （ Ｓ ＭＡ ） 少 。１ ９ ８ ４ 年， Ｓ ｔ ａ ｕ ｄ ａ ｃ ｈ ｅ ｒ 用 天然橡胶 块作为 绞线 、 碟 形弹簧 三部分组合而成， 在叠层橡 胶 建 筑 的三 维 隔震 支座 进 行 了振 动 台试 验 。 支座安装形状记 合金绞线 ， 绕过 固定在 对 １ ９ ９ ６ 年， Ｆ ｕ ｊ ｉ ｔ ａ 等对橡 胶支 座和螺旋 弹簧组 面钢 板 的滑轮 ， 两 端 固定 于钢板 两侧 ， 当叠 合构成 三维 隔震 系统 的模 型进 行 了振动 台 ２ ０ ０ ２ 年， Ｋ ａ ｇ ｃ ｙ ａ ｍ ａ 等对钢丝加 强型空 层橡胶支座产生水平位移时， 形状记忆合金 试 验。 绞线就会产生变形 ， 提｛ ； ｝ Ｊ 恢复力和阻尼力 。 气弹簧作为 三维基础 隔震 的 １ ／ ４ ． ５ 模 型进行 ２ ． ５ － ３碟形弹簧三维 隔震抗倾覆支 座 了振动 台试验 。２ ０ ０ ７ 年， 孟庆利等进行 了竖 由上下 两部分串联而成 ： 上部分 是橡胶 向半 主动 隔震装 置与橡 胶隔震 支座 组合 实 垫， 添加 了钢丝 绳使 其具有 抗拉 能力 ； 下部 现三维隔震的模型试验 。２ ０ １ ０ 年， 颜 学渊等 分 是碟形弹簧 ，碟形 弹簧外面是 导 向圆筒 。 对装有 碟形 弹簧 三维抗 倾覆 支座 的钢框 架 当支座收到拉力 时 ， 导 向圆筒 的向 内翼缘 阻 模型进行振动 台试验 。２ ０ １ ２ 年， 魏 陆顺等进 挡 碟形弹簧 向上运 动 ， 橡 胶支座 的钢丝绳起 行 了竖 向隔震层 与水 平隔震 层分 开布 置 的 到抗拉 的功能 ， 防止结构倾覆 。 模型试验 ， 取得 了良好 的效果 。 ２ ＿ ５ ． ４铅芯橡胶 支座与 铅芯碟 形弹簧 串 结语 联 组成的三维隔震支座 虽 然对三 维隔震 结构 进行 了一些 列 的 下部采用铅芯橡胶 支座 ， 有 适宜 的阻尼 研 究 ， 但 是仍然 存在 一些 问题 ： 三维 隔震装 使 得隔震装 置的造价 过 性能 与水 平刚度 ，具有 良好 的水平 隔震 效 置的构造太过 复杂 ， 果 。上半部 分是 铅芯碟形 弹簧支座 ， 它是 由 高， 不利 于推 广应用 ； 三 维隔震 结构 的倾 覆 是 碟形 弹簧 串并联组合 ， 将挤 压铅阻尼器 导筒 问题 ，这直接影 响到人 民生命 财产安 全 ，