基础滑移隔震研究与应用现状综述

基础滑移隔震研究与应用现状综述

在世界范围内，地震给人类造成了严重损失。因此，各国非常重视地震资料的科学研究，地震资料的救灾是一个重要的课题之一。基础隔震技术是近年来发展较快的一种隔震技术,其经济适用和安全可靠的防震减灾特点,比较适合我国多震和经济水平较低的国情。在地震频发地区建筑结构走抗震与减震相结合的道路是切实可行的。1基于滑动补偿误差的基本原则和抗震装置1.1滑移和断裂机基础滑移隔震是把建筑物上部结构做成一个整体,在基础部位设置低摩擦的滑移元件和限位元件等,通过相对滑移和摩擦耗能有效限制地震能量向上部传递和向下部反馈。上部结构的全部重量由低摩擦的滑移支承元件承担,限位装置只提供水平恢复力。理论研究表明:隔震层滑移量越大,上部结构地震反应越小;滑移量越小,地震反应就越大。但滑移量过大难以满足正常使用要求,因此,开发性能优良的隔震装置是今后研究的主攻方向。1.2滑移段的组成主要是利用一定的支架结构隔震层是上部结构和基础的结合部,通常由滑移支承元件和限位消能装置组成。(1)滑移支承元件滑移支承元件是上部结构与基础产生滑移所安装的元件,是隔震支座的关键装置。一方面它支承建筑物的全部重量;另一方面延长建筑物的自振周期,从而能有效地降低建筑物的地震反应。常见的滑移支承元件基本上是由上、下钢承板和中部滑移板组成。中部滑移板常贴焊在上、下钢承板上,因而只有一个滑移摩擦面。此外,还有一些其他形式的支座:砂垫层隔震支座,石墨垫层滑动支座,回弹滑动支座,钢珠、辊轴滚动支座,聚四氟乙烯滑板摩擦支座,钢板-聚四氟乙烯复合滑移隔震支座,滞变-摩擦隔震支座,直线式滑动支座等。(2)限位消能装置该装置是防止上部结构产生过大的位移而在隔震层安装的限制位移的装置,它不承受竖向荷载。一方面保证在风荷载的下的稳定;另一方面限制上部结构与基础产生过大的错动位移,同时吸收地震时向上部结构传递的能量。目前的限位消能装置主要有下列几种:金属阻尼器,摩擦阻尼器,粘滞阻尼器,粘弹性阻尼器,复合型阻尼器,磁流变阻尼器,压电摩擦阻尼器,变刚度阻尼器和电磁摩擦阻尼器,纳米结晶锌铝合金振动控制阻尼器等。2理论研究现状国内外专家对滑移隔震的理论分析做了大量的研究。李大望等把滑动隔震结构简化为单自由度体系,建立了非线性随机微分方程,等效线性化得到隔震层位移、速度的联合概率密度函数,首次利用超越模型得到可靠度函数;李宏男等对多层砌体房屋在实际地震作用下的抗倾覆高宽比进行了研究,利用数值积分计算得到了高宽比限值的统计值等等;国际上,早在上世纪70年代后期就对滑移隔震体系展开了理论分析和研究。Rao.P.B和Jangid.RS对滑移隔震结构在近源地区大脉冲、长周期地震作用下的抗震性能进行了理论分析和研究;Yang等还利用滑模控制理论提出了滑移隔震结构的滑模控制方法等等。同时,为了满足工程设计精度要求,建立实用简化分析模型对理论分析具有相当的意义。目前,理论研究使用较多的模型主要有以下几类:摩擦力模型,刚体模型,单自由度模型,二自由度体系模型,多自由度体系模型和广义层模型等。隔震体系的分析基本都采用动力方法。3滑移间隔的基础研究和应用3.1振动振动特性我国在滑移隔震系统方面进行了初步成功的实践,已在云南、陕西等地建成了大量的隔震试点建筑,在诸多的隔震方案中,滑移隔震体系是较经济的,适宜在抗震地区推广和应用。1999年姚谦峰等从多自由度剪切型隔震结构等代模型的振动特性入手,就基础滑移隔震结构的滑动振动状态进行了探讨,并进行了振动台模型试验。1998年,张文芳、程文瀼等对太原市“玫瑰园”小区某九层砖房基础滑移隔震结构的1/15整体缩尺模型进行了振动台对比试验和理论分析。2000年熊仲明等对基础滑移隔震的三层大开间砖房足尺模型进行了抗震性能试验研究。国际上的研究者对滑移隔震也做了相当多的理论分析和研究[4~5]。3.2国内相关研究滑移隔震技术在国内外得到了较好的应用和发展。早期主要用于核电站、电讯枢纽、医院等重要建筑物,近年来已在住宅、办公楼、学校等一般性民用建筑中应用。我国学者从上世纪60年代开始关注基础隔震理论,但是直到80年代,隔震研究才逐渐在国内得到重视[6~8]。目前,我国在滑移支座理论研究的某些方面可达到世界先进水平,但在实际应用数量、隔震建筑物的地震观测、设计规范等方面同少数发达国家相比还有一些距离。国际上,日本、美国、新西兰等国在工程结构上应用滑移隔震体系比较普遍[9~10]。4低热压对材料和系统功能最对滑移隔震技术,国内外已做了很多工作,目前滑移隔震技术发展面临的主要问题是:建筑物抗倾覆问题、性能优良的低摩擦材料的研制、隔震系统造价问题。此外,滑移隔震系统的