地震工程学课程论文

河海大学研究生课程论文隔震技术的发展与应用

课程名称：地震工程学

专业名称：防灾减灾与防护工程

学生姓名：肖庆

学号：********

二○一二年五月

第1章引言

随着人类社会的发展，城市人口越来越密集，使得当地震发生时造成的损失地震比以往更为严重。建国以来的一系列强震，尤其是汶川地震以来，人们愈发认识到我国在抗震领域的不足，以及提高房屋的抗震性能的重要性。房屋隔震是一项在国外发展较早并应用广泛的技术，在地震的检验中已经显示出它的良好效果。本文主要介绍了隔震技术的现状和国外前沿的发展情况。

第2章隔震技术发展现状

日本作为多震国家，其隔震技术出现较早，国外最早提出基础隔震概念的学者是日本的河合浩藏，他通过在地基上交错放置几层圆木，再在圆木上构筑混凝土基础，通过圆木的滚动来消弱地震力的传播。最早应用了这种隔震思想的现代建筑是东京的帝国饭店，在关东大地震中，该建筑物保存完好而周围建筑损害严重，证明了这个思路具有一定可行性。通过之后的一些学者们的探索，提出了利用阻尼器来吸收地震能量的做法，初步建立了现代隔震机构的理论框架。进入20世纪60年代以来，新西兰、日本等国家的学者陆续开发出了经济、实用、可用的橡胶隔震支座。在1994年洛杉矶地震和1995年阪神地震中采用橡胶隔震支座的建筑表现出色，引起了人们对隔震应用的狂热，隔震元件进入了工业化生产阶段。

目前研究基础隔震技术的方案很多，归纳起来可分为：（1）橡胶支座隔震，（2）滑动隔震，（3）滚珠与滚轴隔震，（4）摆动隔震，(5)弹簧结构隔震，(6)混合隔震。在全球范围内，至少有25个国家已经开始了基础隔震的研究，应用范围不仅是新修房屋，还包括桥梁与建筑物加固，使用隔震技术的高层建筑物也越来越多。

我国隔震技术的发展是与建筑业发展以及国家经济实力的成长相同步的，在经济不发达时代，低造价的砌体结构房屋仍然占着我国建筑物中的主要部分，直到二十世纪八十年代，隔震技术才得到重视，我国的隔震研究首先是从针对砖混砌体结构的摩擦性能，利用有限单元法等方法，对各材料摩擦性能，材料选择以及模型试验上取得一系列成果，建造了一批试点工程，积累了不少实际工程经验。

八十年代后期，我国的研究者将目光转向橡胶支座，在随后的十年内，对橡胶支座的研究逐渐趋于成熟，该技术成为了主流工程应用。随着我国的研究力度加大，橡胶支座在我国进入批量生产阶段，价格已经低于国外的同类产品。自1996年来，国内的研究重点已经从应用基础理论转向工程试点和推广应用中的配套技术的研究。

隔震支座在我国的应用可以分为两个阶段，1993年以前，以摩擦滑移隔震试点为主，93年以后逐渐以橡胶支座体系为主。橡胶支座在我国的发展历经了由小至大的过程，进入二十一世纪以来，已经进入了推广应用阶段，采用该技术的建筑物占到整个应用量的90%以上。

隔震技术在我国的应用有以下特点：

（1）推广速度快。国外的抗震技术从出现到大面积应用经历过许多次大地震的考验和验证，而在我国，这个验证期要短得多。据统计，目前的建筑面积已经超过140万平方米。

（2）国外的抗震技术主要应用在公共建筑上，如医院、图书馆、办公楼等，而我国侧重于量大面广的一般工程，尤其是民房建筑。

（3）主要用于中高烈度区，8度、9度区，约占总量80%以上。这是由高烈度地区对房屋抗震性能的高要求造成的。早期隔震试点建筑绝大部分建造在我国西南9度区。

（4）抗震建筑主要集中在烈度较高的省会城市，而这些城市大多经济实力较好，例如山西太原，新疆乌鲁木齐。

（5）与国外相比，我国的隔震技术主要应用在新建建筑物上，对于一些著名的旧时建筑，虽然有一些加固论证，但是还没有实行。

（6）隔震技术的应用范围已经不仅限于房屋建筑，一些地铁，桥梁上也已经使用了隔震元件，虽然和国外相比，应用范围还不够广阔。

自90年代以来，国家科委攻关项目、自然科学基金会等隔震研究项目先后通过鉴定以及有关部门的推广，形成了一系列抗震技术规范。主要包括：《叠层橡胶隔震支座隔震技术规范》、《建筑抗震设计规范》、《建筑橡胶隔震支座》产品标准。标准认为，抗震技术并不是一项仅在高烈度地区使用，当某一地区发生超烈度地震时，隔震建筑往往能起来良好的抗倒塌效果。

第3章隔震支座工作原理与分类隔震支座根据工作方式可分为橡胶隔震支座与滑动隔震支座。橡胶支座根据材料不同，可以分为普通橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座、高阻尼橡胶隔震支座。普通橡胶垫支座由薄橡胶板与薄钢板分层交替叠合在高温、高压下整体硫化而成，橡胶层与钢板紧密结合确保了钢板对橡胶层的变形约束，使其具有较高的阻尼，能有效降低结构的地震作用，减小隔震层的位移，保证地基在地震到来时不出现拉应力。橡胶隔震支座的耐久性能取决于橡胶，影响橡胶性能的主要原因是氧化反应和蠕变。通过加入抗氧化剂，隔震元件的寿命可以与建筑物寿命相当。普遍认为此种支座的生产工艺已经趋于成熟，而在其中黏合剂的选用上还有一定的研究空间。铅芯阻尼器的滞回特点与橡胶支座类似，其荷载-变形关系稳定，可重复使用，对环境因素不敏感，寿命较长，因而受到了广泛使用。然后它在大变形阶段，铅芯易被挤压而难以复位。而且铅对环境也有破坏作用。为了替代铅芯橡胶支座而采用了高阻尼隔震支座。高阻尼支座的原理主要是不同材料的共混，通过不同种类橡胶的共混或橡胶与塑料共混等其他方式。高阻尼橡胶支座在动力作用下表现出黏弹性性质。在日本，这种技术已经进入推广阶段，而我国刚刚起步。

滑动隔震支座通过设置滑动材料，限制基础向上传递地震力。滑动支座具有滑动前自振周期与结构周期相同，而滑动后隔震层的刚度为0，因而可以避开任何地震波产生的共振效应。

对于某些特殊情形，宜使用混合隔震技术，混合隔震又称为组合隔震或并联复合隔震，由橡胶支座和摩擦滑动支座组成，其中橡胶支座提供系统的弹性复合力。混合滑移隔震系统滑动前存在一个结构自震周期，滑动后变为橡胶支座隔震结构周期，对于高层建筑，结构本身的自振周期很长，而橡胶支座的振动周期有限。混合隔震能提高隔震效果。混合隔震体系中，滑移摩擦力支座的相对滑移系数是影响隔震效果的主要因素之一。滑动系数小则隔震效果好。

隔震加固是将隔震技术应用在已经建成的建筑物中。应用该项技术最早的是1989年美国盐湖城大厦的改造，此后美国的奥克兰、旧金山和洛杉矶市政大楼、联合国大厦等数十栋建筑的抗震加固，以及日本一些公共建筑，如机场、医院的加固中也应用了这种技术。国内首次应用抗震加固的是山西省忻州市的中学校舍