结构 隔震 减震控制应用与发展

题目结构隔震减震控制研究应用与发展

1主要内容1.大地震的教训和对策2.工程结构减震控制的基本概念3.结构隔震4.结构消能减震5.结构被动调谐减震控制6.结构主动和半主动减震控制7.结构减震控制存在问题及未来发展21.大地震的经验教训和对策（1）我国多次破坏性大地震，均发生在六度区1966刑台地震，6度11度1969阳江地震，6度8～9度1975海城地震，6度9～10度

1976唐山大地震6度10～11度,历史上无大地震1995日本神户属“低烈度地震”的“安全”地区。80年来相对平静，千年未遇大地震。要满足“按烈度设防”也要着重于防御突发性的超烈度大地震。（2）提高建筑结构的耐震安全性,我国结构安全度低20-30%地震中人的伤亡，90%是房屋倒塌造成（中国房屋倒塌多）（3）特别注意抗震概念设计（扭转，薄弱层，变形集中等）（4）采用有效，成熟的结构减震新技术:隔震,减震控制等3钢结构(扭转)Torsion

byeccentricstiffnessinplan

4多高层钢筋混凝土结构

TaiwanEarthquake1999.9.211:472,3005底层大空间LessonsfromEarthquakes:

damagebyweakfirststory(onlycolumns)(4)6低层剪断滑移LessonsfromEarthquakes:

damagebyweakfirststory(onlycolumns)(9)7中间层刚度突变,剪断LessonsfromEarthquakes:

damagebyweakstoryinmiddleheight(1)8平面不规则单层LessonsfromEarthquakes:

Lowrisebuildingsalsoarewereseverelydamaged(1)9房屋内部设备仪器倒塌破坏LessonsfromEarthquakes:

Facilitiesinsidethebuildingswereseverelydamaged10传统结构构抗震设设计存存在问题题(1)安安全性:"基本本烈度"不准,突发强强地震?结构破损损程度,保证不不倒塌?计算模型型假定,实际安安全控制制?(2)适适应性:重要要结构不不允许破破坏?危险结构构不允许许裂缝(毒,液液,气,辐射)内部贵重重装修?保护结构构内部(设备,仪器.计算机机,网络络,水,电,急急救)(3)经经济性:断断面大,刚度度大--地地震作用用大7度增加加3-8%,8度度增加10-25%,9度增增加20-40%(4)建建筑设计计困难：：不规则则平面---扭扭转，不规则立立面---层间间剪切破破坏，不同结构构组合---撞撞击破坏坏11结构抗震震对策紧迫任务务:找找寻新新技术，，新方法法◎安全(突发大大地震,不倒，，不坏)◎适用(保护结结构及内内部)◎经济(仅仅贵贵一点,不贵不不省,省省一点)结构传统统抗震技技术结结合结结构减震震控制新新技术新技术方方法：结构减震震控制---有有效对对策之一一隔震消消能能减震调调谐谐减震主主动动控制半半主主动混合合控制12工程结构构减震控控制的定定义及减减震机理理—对比比技术原则则对比:传统抗震震减减震震控制效果概念：加加强构件件调调整结构构动力参参数有有效效,经济济途经：硬硬抗地震震隔隔震,消消震,减减震合合理（以柔克克刚）设法依据据：预定烈烈度突突发发地震安安全设计方法法：强度刚刚度验算算反反应控制制全全面保护对象象：结构结结构及内内部现现代社社会要求求13工程结构构减震控控制的特特点及优优越性（1）安全可靠、有有效减震震（抗风风），确确保安全全。减震控制制结构地震震反应与传统抗抗震结构构的比值为：隔震结构构8%～～50%（（保持持弹性））消能结构构60%～～80%TMD被动控制制结构60%～80%主动控制制结构10%～50%（2）经济，节省工工程造价价：＋5%～～-20%（3）建筑设计计不受太太多限制制：使建筑筑师从““抗震””限制中解解放出来来，较自自由建筑筑建筑。。（4）适应范围围广：新设计计，已有有结构改改造加固固。一般建筑筑结构，，重要结结构，工程结构构，也用用于设备备、仪器器，环境境振动减减振。14中国减震震控制技技术应用发展展现状1980----1993----2001----未未来第一阶段段第第二阶阶段第第三三阶段隔震试点应应用用规规范应用用(近450栋)(成熟)（多种装装置）（（橡胶支座座）(橡胶支座座+其他他）消能试点应应用规规范应用用(近40栋)(成熟)（多种装装置）（（多种种装置））（（多种种装置））被动试点应应用应应用(近近10栋)(基本成成熟)(加层,水箱TMD)(半)主主动研究研研究研研究(未成熟熟)153.结构构隔震16建立不不同隔震震结构计算模型型并和试验验结果对对比单自由度度结构水平平剪切简单模型型多自由度度结构水平平剪切，，弯曲较复杂模模型多自由度度结构水平平剪切，，弯曲隔震支座座拉压较复杂模模型17分析结果果：隔震效果果-频率率比的关系系传统结构构水平刚度度大频率比W/Wn=0.8～～1.5地震动放放大系数数RaRa=2～3隔震结构构水平刚度度小（柔柔性支座座）频率比W/Wn=3～6地震动放放大系数数RaRa=1/2～1/6隔震结构构/传传统结结构：理论：Ais/Afs=1/4～1/12试验：Ais/Afs=约1/8.6传统结构构隔震结构构18隔震结构构振动台台试验1982加拿拿大UBC1994同同济大大学(基基金）19隔震结构构振动台台试验SeismicIsolation-Shakingtabletests1996华南南建设学学院(广广州大学学)1997广广州大大学基底隔震震首首层层顶隔震震20隔震结构构振动台台试验(总结）SeismicIsolation-Shakingtabletests地面400gal隔震房顶顶110gal不隔震房房顶880gal21隔震结构构隔震震机理地地震震中表现现传统房屋屋地震时激激烈晃晃动房屋加速速度放大大100%250%梁柱裂,内部装饰饰,设备备破坏隔震房屋地震时缓缓慢平动(长周期)房屋加速度度减少100%40%结构弹性(变形集中中在柔软支支座)保护结构和和内部装饰,设备隔震/不隔隔震=1/6隔震支座固定基础22多种隔震支支座(1)砂砂垫层(2)摩摩擦滑板(3)石石墨浆(或或砂浆）滑滑层(4)叠层橡胶隔隔震支座23叠层橡胶隔隔震支座LaminatedRubberBearing(RB)24隔震装置良良好的力学学性能和耐耐久性能夹层橡胶支支座性能和和检验要求求(1）竖向承载力力—极限承载载力(90MPa)(2）竖向抗拉能能力—拉断试试验Pt2Mpa(3）水平剪压力力刚度,阻阻尼比测定--剪剪压试验验(4）水平变位能能力—大水平变变位试验(5)相关性能试试验：对水平刚刚度,阻尼尼比的影响响竖向承载力力,水平变变形大小,水平加荷荷频率,温温度变化(6)耐久性试验—长长期试验验（要求60年）1.耐疲劳劳试验（150））次2.耐徐变变试验（185h））3.耐老化化（185h）25SeismicIsolation-Rubberbearingstests

Verticalcompressionandhorizontalsheartests(1)26SeismicIsolation-Rubberbearingstests27SeismicIsolation-Rubberbearingstests

徐变Creeptests隔震支座徐变试验●短期试试验(240h)●长期试试验(60年)目前世界尚尚无此数据据●正进行50年年徐变试验验2001/1/1-2051/12/3128SeismicIsolation-Rubberbearingstests

老化Ozoneagingtests29SeismicIsolation-Rubberbearingstests

Durabilitytestingresults30SeismicIsolation-Rubberbearingstests

Durabilityinvestigationforrubberbearings-1995London(1934)31SeismicIsolation-RubberbearingstestsDurabilityinvestigationforrubberbearingsSiteInvestigationofDurabilityofrealRubberBearing:CountriesStructuresWorkinglife(yr.)ThicknessofozoneChinaBridge1956-1996(40yr.)3mmUKBridge1954-1995(41yr.)3mm(Pelham)UKBuilding1934-1995(62yr.)3.5mm(London)AustraliaBridge1889-1995(106yr.)4-5mmConclusion:Realworkinglife100yr.Safetymeasure:AddresistantozonematerialtorubberSetacoverlayer10mmaroundbearing32抗老化寿寿命100年措施：胶料料加抗老化剂，支座外包保护层10mm33日本橡胶胶支座性性能变化10年实实测（撤撤出，试验验）

1992--200234橡胶支座性性能变化化10年年实测结结果35世界中,美美,日三三国隔震震结构工程程应用应用层层数:中国国19层，已建近460幢幢美国29层，已建近100幢幢日本42层，已建近1200幢幢中国应用数量：：1991年～现现在已建450幢(广东,西昌，，新疆，云南，，山西…….)36我国隔震技术术的应用为人民建造确保保地震时安全的的住宅让人民享用免遭遭地震伤亡的权权利(1)中国隔隔震建筑分布：：已应用在我国广广东，福建，山山西，陕西，云云南，四川，宁夏，内内蒙古，新疆，，河北，河南，，江苏，北京，上海，天天津，台湾等16个省市自治治区(2)中国隔震震建筑数量：在我国设计和建建成隔震房屋近450幢(3)范围:住宅,办公大大楼,教学楼,医院,指挥中中心.邮电通信楼,博博物馆,体育馆馆….民用住宅70%,重重要建筑20%,其其它10%37中国隔震建筑应应用分布图（（已建成）1993-2002隔震技术应用分布图38多种隔震型式（1）基底隔震（有地下室）（2）首层隔震（无地下室）（3）层间隔震（竖向不规则））39我国第一棟橡胶胶支座隔震房屋屋（8层住宅））-广东汕头头1989-199340SeismicIsolation-ApplicationinChina平面布置图HousesinShantouCity(2)隔震房屋不隔震房屋41隔震结构工程程应用及地地震考验SeismicIsolation-inShantouCity--Earthquakeexperience中国第一栋:1993年年汕头8层隔隔震房屋(联合国UNIDO国际项日日)中国地震考验:1994.9.16台湾湾海峡地震(M7.3)汕头传统房屋:晃动激烈人站不稳青少年跳窗逃（（死伤126人）水桶溅水1/3汕头隔震房屋:人无震感42云南大理--隔隔震结构工程应应用和地震考验验（1995.10.2443首层隔震广东东澄海政府干干部住宅楼（7层））HousesbuildingsinsouthernChina首层隔震44四川西昌隔隔震住宅楼（8栋）1995HousesinXichanCity隔震支座基底隔震45首层隔震广州市地震监测测指挥中心2000年首层隔震46汕头博物馆1996年MuseuminShantouCity,southernChina(1)首层隔震47四川西昌邮邮电局隔震楼楼（7层）1995隔震支座基底隔震48太原市图书挡挡案馆隔震楼楼(6层)1998隔震支座基底隔震49太原综合楼-ApplicationinChina

Highrise(19story)buildinginTaiyuanCity,northernChina50新疆乌鲁木齐齐石化厂区隔震住宅楼群

（38栋，13万万m2）2000年当年世界隔震面面积最大(基底隔震)51新疆乌鲁木齐齐第八钢厂区区隔震住宅楼楼群

（36栋栋，12万m2）2001年当年世界隔震面面积最大(基底隔震)52Isolatedbuildings--thelargestareaintheworld北京地铁地面面枢纽站大面面积平台上隔隔震住宅楼(建建设中)●RC大平台（（2000米1500米）上上建造48幢9层的隔震住住宅楼●隔震建筑面积480,000平方米目前世界面积最大隔震建筑群隔震层(隔震震支座)53层间隔震–StoriesIsolation隔震层(隔震震支座)54北京地铁9层层隔震房屋（（2）55北京地铁9层层隔震房屋（4）56(M)17P04BJ0557Stories-isolation隔震房屋完好无损ElCentrowaveTianjingwaveLocalSitewaveGroundMotion地震Ag=0.60gIsolationStructuralAcc.结构As=0.11～0.16g58(M)17p04BJISO07Storiesno-isolationShakingtabletests））不隔震No-Isolation(Fixed)Damage,CollapseElCentro(N-S)(Transverse)GroundMotion地震Ag=0.366gStructuralAcc.结构As=0.834gComparison:隔震/不隔震=1/459Storiesno-isolation(Severedamage,collapse)60Storiesno-isolation(Severedamage,collapse)61北京地铁地面面枢纽站RC平台上隔震支座施施工安装62北京地铁地面面枢纽站隔震震住宅楼技术经济效益(1)房屋抗震震安全度提高4倍(2)平台的地地震反应降为2/3(3)住宅面积积增加近10万平方米（房屋从6层层增加到9层）(4)直接增创创产值6亿元(6000元/平方米)(未计间接效效益）63SeismicIsolation-ApplicationinUSA(1)

USCUniversityHospital–withisolation64SeismicIsolation-ApplicationinUSA(2)

USCUniversityHospital–withisolation65SeismicIsolation-ApplicationinUSA(3)

USCUniversityHospital–withisolation

(AfterEQ1994.1.17,Northridge)66SeismicIsolation-ApplicationinUSA(4)

USCUniversityHospital–withisolation67SeismicIsolation-ApplicationinUSA(5)OliveViewHospital–withoutisolation68SeismicIsolation-ApplicationinUSA(6)OliveViewHospital–withoutisolation69SeismicIsolation-ApplicationinUSA(7)OliveViewHospital–withoutisolation70SeismicIsolation-ApplicationinJapan(1)Westpost&communicationbuilding--withisolation53965m2electricandcomputerfacilities71SeismicIsolation-ApplicationinJapan(2)Westpost&communicationbuilding--withisolation72SeismicIsolation-ApplicationinJapan(3)Westpost&communicationbuilding--withisolation73JapanKobeEarthquake1995.1.175:476,00074JapanKobeEarthquake1995.1.175:476,00075SeismicIsolation-ApplicationinJapan76日本高层（26层）隔震住宅宅大楼77日本高层（32层）隔震商住住大楼78日本超高层（42层）隔震住住宅大楼（大坂坂市）

2002.10.施施工至28层层79日本超高层（42层）隔震住住宅大楼（大坂坂市）80日本超高层（42层）隔震住住宅大楼（大坂坂市）81旧房屋加固SeismicIsolation-ApplicationforRetrofitinUSA(1)SaltLakeCityandCountyBuilding—bearingputonthebase82层间隔震（旧房屋加固）SeismicIsolation-ApplicationforRetrofit16storiesBuilding—bearingputon8thfloor83旧房屋加固（（日本Kobe）84旧房屋加固（（新西兰）85旧房屋加固（（新西兰）86桥梁、地铁等应应用南疆铁路布谷孜孜铁路隔震桥（（9孔，各32米）2000年通车2003。2。。24新疆伽伽师地震6。。2级别L=50KM地震后救灾物资源源不断运运往灾灾区87SeismicIsolation-ApplicationinBridgesinJapan(10)88SeismicIsolation-ApplicationinOilTank(4)89SeismicIsolation-Applicationinindustryfacilities90中国已初步形成成设计规程和产产品标准体系《建筑抗震设计计规范》B50011-2001，第12章《叠层橡胶支座座隔震技术规程程》CECS126.2001《建筑隔震橡胶胶支座》2000，全国产品品标准《滑移减震砌体体房屋技术规程程》辽宁省标准准2002《建筑物滑移隔隔震技术规程》》陕西省标准2002国际隔震标准(房间与桥梁梁）ISO2276291中国已能提供““质量高，价格格适当”的产品品系列直径:200-1100型号:有铅（大大阻尼）无铅（小阻尼））性能:中柔性（（中等刚度）高柔性（低刚度度）满足需要，出口口日本，俄罗斯斯等92隔震技术存在问题1.观念改变2.设计习惯3.产品和施工工问题931.观念改变变人员：管理官员，设设计人员，房地地产商，人民百百姓观念改变内容：：概念途途经方方法设设防保保护研研究目标对对象重重点传统结构固定抵抵抗加加强设设防结构构地面运运动结构地面地地震结结构地地震结结构状态(100年）隔震结构浮置隔隔离柔柔化大地震震结构隔隔震震结构地面地地震结结构室室内做做法(15年）设设备仪器器装装置942.设计习惯惯我国结构设计方法发生变化：正处处于转换期要从单纯