隔震技术的开发应用是抗震设计的补充和发展

王芙蓉

摘 要:隔震技术首先在新西兰进行开发,后来相继在日本、台湾得到发展。中国是在六十年代出现沙垫层基础隔震方法,并广泛应用在建构筑物、设备、桥梁、电器仪表、大型计算机系统等领域,在经历大地震的考验后,人们确认隔震技术在减轻地震灾害中发挥了抗震技术不可替代的作用。隔震技术的开发应用是抗震设计的补充和发展。

关键词:隔震技术发展方向抗震设计

中图分类号:P315 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(c)-0020-02

隔震技术首先在新西兰进行开发,后来相继在日本、台湾得到发展。中国是在20世纪60年代出现沙垫层基础隔震方法。经过近20年的研究和实践,隔震技术日益成熟,并广泛应用在建构筑物、设备、桥梁、电器仪表、大型计算机系统等领域,在经历大地震的考验后,人们确认隔震技术在减轻地震灾害中发挥了抗震技术不可替代的作用。但在中国了解隔震技术的人还比较少,对它的重要性还认识不足,本人有幸参与过江苏省地震局和中国石油的合作隔震,有了一个初步了解,现将隔震技术的基本情况介绍如下。

1 隔震技术的发展概况

1909年活动建筑物的诞生;1924年弹簧、球体隔震方法的出现;1934年柔性柱支承建筑说实现;1965年摇动球座装置隔震论文发表;1969年橡胶支承垫建筑建成;1974年多种耗能器应用于多层建筑物;1981年双重柱隔震装置在教学楼中采用;1982年含铅心的多层橡胶支承垫用于工程;

2 隔震技术的原理和设计方法

2.1 隔震的基本原理

将建筑物与地基用隔震装置隔开,使地面运动的地震能量直接由基础的隔震支座和耗能装置吸收,建筑物相对不受影响,从而达到减震的目的,同时也在结构的内部采取了减震的措施,隔震方法分类有(1)球体支承(2)TFE支承(3)摇动球座(4)双重柱构造(5)多层橡胶垫(6)动力阴尼器(7)惯性泵阻尼器(8)自动控制绝缘法(9)主动质量阻尼器

目前基础隔震采用的形式多为滑动方式或弹性支承方式,两种形式见图1。

2.2 隔震技术设计概念

隔震结构使建筑物地震力降低,层间相对变形小,故其设计重点不是增加结构材料强度,改善变形能力;对隔震结构要进行动力分析;建筑设计大大减化;隔震建筑和一般建筑其变形和加速度变化完全不同。

2.3 常用的隔震装置介绍

多层橡胶垫:由钢板与橡胶逐层接合而成其原理见图2。

阻尼器:它是吸收地震能量抑制变形的装置,有钢棒阻尼器、粘性阻尼器、铅阻尼器等。阻尼器种类见图3。

3 隔震技术的应用范围

隔震技术应用范围是相当广泛的,特别是工业比较发达的国家尤为如此。归纳起来已采用隔震装置的领域大致有以下几个方面:

(1)核能电厂及相关设施;(2)变电所、加压站等设施;(3)电子计算机中心、雷达站等设施;(4)尖端、精密仪表工业,如半导体工厂、精密机床等;(5)大型公共建筑如医院、教学楼、办公楼、俱乐部、通讯楼等;(6)博物馆、美术馆、纪念馆等文物设施;(7)制造或贮存化学药品、有毒物质、危险物品的工程设施;(8)交通振动、机器振动直接受害的建筑物;(9)生命线系统工程中的重要建筑物;(10)桥梁、储罐、水塔及设备等。

4 对隔震技术的发展方向的预测

对隔震技术发展方向的预测笔者在1988年提出过一个设想,即“走抗震与隔震相结合的道路”。时间已过去两年了,在中国已经有愈来愈多的人开始研究隔震技术,有的学者在某一结构体系上采用抗震措施的同时又人为地设计了具有隔震效果的杆件,这说明采用多种方法抗御地震已成为当今世界共同的发展趋势。

目前隔震技术尚未全面推广的主要障碍是造价问题。隔震装置的造价相当于一层钢筋混凝土结构的造价,也就是说,采用隔震装置的造价相当于总造价的15—20％。如果造价降下来,隔震技术将会得到迅速发展。

中国和日本、美国、新西兰等国不仅国情不一样,经济实力也相差甚大,甚至建筑材料也不相同。例如在日本砖石结构已经绝迹,但在中国仍广泛采用秦砖汉瓦。外国言先在建筑物上采用隔震装置,而我们中国在大量砖混结构房屋上推广这一技术就不现实。当前我们迫切需要解决的重点似应在以下几个方面:

4.1 贵重浮放设备的隔震

我国大量贵重浮放设备均没有防震措施。当遭受破坏性地震时,放置在地面、楼层面或楼层的台面的仪器设备可能移动,相互碰撞以致坠落损坏、丢失珍贵得数据、影响正常的生产,甚至会造成不可挽回的损失。隔震技术用于这些浮放设备、能保持地震时相对不动而使这些浮放设备在地震时完整无损。人所共知,有些设备的造价比一座建筑物要贵得多。设备损坏造成停产,损失是无法计算的。

4.2 计算机楼板需要隔震

随着现代化工业的发展,大型计算机中心相继一个个建成,但是放置计算机软硬件的楼板并不隔震、楼板的架空层都是积木式的活动楼板,一旦有震．机件的倒塌碰撞将不可避免,所以采用隔震楼板是保证计算机重要部件在地震时不受损坏数据不丢失的重要措施。中国建研院抗震所和中国石油天然气总公司物探

局共同开发的计算机隔震楼板值得推广。

4.3 高烈度区生命线系统中的重要建筑物可以采用基础隔震装置

上面介绍的各种多层橡胶垫和各种阻尼器都是成熟的技术。但是全靠引进不行,少量引进、立足自己研制是正确的方向。在认真消化吸收国外的先进隔震技术的同时,要创制出中国自己的隔震技术来。如李立教授等研制的砂垫层隔震、魏琏

教授等研制的滑动摩擦耗能减震方法都是大有可取之处的

4.4 要突破目前隔震结构使用上的局限性

目前日本采用隔震装置的建筑物均在30m高度以下,建筑物基本周期控制在4s以内,地基都比较好。超高层建筑、软弱地基上如何采用隔震技术尚无研究。如何有针对性地研究这类问题,大有探讨的必要。

隔震技术是世界的发展趋势,中国不久的将来定会出现各种类型的隔震装置。

隔震的优越性不仅在国外得到检验,也一定会在中国大地上得到体现。

5 结语

中国地震动参数区划图(GB183-2001)刚刚颁布,建筑抗震设计规范(GB50011-2001)也刚刚出版,许多新的概念,新的参数,新的方法需要学习消化,传统的设计观念需要调整,未来的地震趋势还要进一步追踪,国家的防震减灾政策方针还要加深理,还有许多深层次问题尚未涉足,所以对我们工程界的管理人员、技术人员尽快提高防震减灾管理水平、技术水平的任务还相当艰巨,生命线工程的防震、减灾、设计、生产、管理都面临着许多新问题,目前我们还提不出一套对策来。

例如:水电讯、消防系统的应急的对策;大型油气储库的减灾的对策;长输管道的地质灾害对策;大型穿跨越工程的抗震对策;活断层处工程设施地震破坏机理研究;埋地管道抗震设防标准研究;液化地基综合判别及处理措施研究;设备隔震减震标准化系列化研究;生命线系统震害预测方法研究等等。我们了解的还不多,甚至有些还相当陌生,为此,我们还将付出艰辛的努力,发扬江泽民总书记在视察唐山时(1996年)提出的“公而忘私、百折不挠、患难与共、勇往无前”的抗震精神,把“十五”期间的防震减灾工作抓深抓实抓到底,为确保石油工业持续稳定的发展,为推进石油工程抗震工作做出我们的贡献！