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关于结构减震1.结构抗震设计的发展方向 成都加工钢结构- 成都钢结构加工

发布于:2015年01月06日 来源:www.fuhai360.com
[摘要]地震是一种随机性和破坏性很强且不可避免的自然灾害,会给人类的生命和财产安全带来巨大威胁与损失。结构抗震设计理论经过约一个世纪的发展,从最初的静力设计阶段和反应谱设计阶段,逐步发展到基于性能的抗震设计理论阶段。

地震是一种随机性和破坏性很强且不可避免的自然灾害,会给人类的生命和财产安全带来巨大威胁与损失。结构抗震设计理论经过约一个世纪的发展,从最初的静力设计阶段和反应谱设计阶段,逐步发展到基于性能的抗震设计理论阶段。当前,世界各国抗震设计规范基本遵循的“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计原则,是处理地震作用高度不确定性的较为科学合理的对策,其实质上也是一种基于性能的设计要求,即结构在遭遇不同水准地震作用时,应具有不同的性能。但是,目前该方法仍存在以下两个问题:一是只能保证确定的小震烈度水准下结构不破坏的可靠度,而结构设计基准期内的可靠度并不明确;二是由于大震烈度水准下结构不倒塌的设计是按照少数几条地震记录进行时程分析来保证的,也没有明确的概率可靠度意义。

 

   1994年的美国洛杉矶地震、1995年的日本阪神地震与1999年我国台湾的集集地震表明,按照现有规范设计的房屋,能基本避免由于房屋倒塌造成的人员伤亡,但是难以有效控制结构在地震作用下破坏程度,可能导致结构使用功能的丧失,从而引起巨大经济损失。特别是随着社会经济的发展,建筑内部设施、技术装备等的损失往往大大超过结构损坏的维修费用。基于对这个问题的反思,美国地震工程界首先提出了基于性能的抗震设计Performancebasedseismicdesign的思想,发布了SEAOCVision2000、FEMA273/2与ATC——40等相关研究报告,并引起了世界各国的广泛重视。基于性能的设计是指结构在不同的地震风险水平下具有不同的性能,而性能要求(不仅限于确保生命安全)可根据建筑的设计目标和功能要求确定。该理念使结构抗震设计更为灵活,可将结构地震预期损失与初始投资等经济指标相联系,可根据结构在整个生命周期内总费用最小的原则确定初始投资,从而达到最经济合理的设计。当然,要实践这种设计理念还有很长的路要走。

 

   目前,基于性能的抗震设计方法主要是指基于位移的性能化设计方法。虽然变形破坏准则较强度破坏准则更能反映结构的实际抗震性能,但该准则不能很好地体现不同强震持时对结构累积损伤性能的影响。但由于结构变形的直观性,基于结构位移的设计更加利于工程师接受和工程实际应用,是实现结构抗震性能化设计的重要途径。其大致可以分为3种:一是基于延性的设计方法,二是能力谱法,三是直接基于位移的抗震设计方法。它们都是以控制结构位移为目标的设计方法。

 

   2.结构减震原理与技术产品

 

   第一,减震原理。上面提到结构抗震设计的发展方向是控制结构的位移,也即结构减震,那么如何减小结构的位移呢?若保证结构在地震中处于完全弹性状态,震后结构位移自然可以恢复,但造价太高,人们难以接受这种设计。如何采用经济高效的方法达到结构减震的目的呢?

 

   在耗能减震结构体系中,耗能减震装置通常先于结构进入耗能工作状态,首先消耗输入结构体系的大量地震能量,不但减小了结构的位移也有效保护了主体结构,使其不受或少受损伤或破坏。耗能减震结构具有减震机理明确、减震效果显著、安全可靠、经济合理、适用范围广泛等优点,应在我国加以宣传,推广应用。

 

   第二,耗能减震技术产品。耗能减震技术产品大体上可以分为三类:一是速度相关性,如线性粘滞或粘弹性阻尼器;二是位移相关性,如金属屈服型或摩擦型阻尼器;三是调谐吸震型,如调谐质量阻尼器或调谐液体阻尼器。其中,以金属屈服型最为经济可靠,其发挥作用仅与结构位移相关,而速度相关型阻尼器需要结构振动达到一定速率才能提供阻尼力和刚度。另外,金属屈服型耗能减震产品成本较低,在结构服役周期内基本不需要维护,震后可根据损伤情况进行更换,而粘滞阻尼器需要定期维护更换,耐久性较差,成本也相对较高。

 

   金属屈服型耗能减震产品主要有:屈曲约束支撑、屈曲约束钢板剪力墙、剪切型阻尼器、弯曲型阻尼器、铅挤压阻尼器等。在汶川地震后,金属型阻尼器在我国的应用日趋增多,尤其是屈曲约束支撑,采用该项新技术的新建与加固建筑总数达到150多个,已经超过了美国(约50个)。近几年来,国家对建筑抗震安全性高度重视,而耗能减震技术产品具有优良的抗震性能与较高的经济性,可以预见其必将成为一种符合未来抗震设计发展方向的重要技术方案,并有着广阔的发展应用空间。李国强系同济大学教授