谈工程结构防震技术发展方向

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1、谈工程结构防震技术发展方向谈工程结构防震技术发展方向摘要：本文对工程结构的防震技术--抗震、消震、隔震进行研究比较，指出随着科技的发展，结构防震技术将由以往被动的“抗”逐渐转向积极主动的“消”、“隔”，从而使防震效果更佳。　　　　地震是一种危害极大的突发性自然灾害，1976年唐山地震和XX年汶川地震均造成巨大的生命与财产损失。为减少震害，有效地防御地震，不断地研究完善结构防震的理论与技术显得十分紧迫且必要。　　结构抗震技术是一种传统的防震技术，抗震设防目标被形象地描述为“裂而不倒”，在现行的抗震设计规范中又将这一设防目标具体化为“小震不坏，中震可修，大

2、震不倒”。为了达到这一目标，要求结构构件具有相当的强度和塑性变形能力。这种设计思想实际上是一种“疲劳战术”，即是依靠建筑物的结构构件的强度和塑性变形能力，来抵抗地震作用和吸收地震能量，抵御地震作用立足于“抗”。传统建筑物结构基础固结于地面，犹如地面上的一个地震反应“放大器”，地震时建筑物受到地震的作用由上向下逐渐放大，从而使结构构件被破坏，建筑物内人员也会感到强烈的振动。为了保证建筑物的安全，必须加大结构构件的设计强度，耗用材料多。地震力是一种惯性力，建筑物的构件断面大，所用材料多，质量大，同时受到的地震作用也增大，这样很难在经济和安全之间找到一个平衡

3、点。同时传统的抗震方法仅能解决7~9度区的设防问题，而结构在高裂度下被破坏，对此，目前的抗震方法尚无法解决。之所以如此，是因为通常的工程抗震方法不是御“患”于外，而是引“患”入内，让地震波自然输入上部结构，引起上部结构的强迫振动，然后采取增大构件截面尺寸，增加配筋量……等措施来抗震。应该说传统的防震技术完全是一种被动的方法，要改变这种状况，必须研究和采取有效的防震技术，于是有专家提出了“消震”技术。　　结构消震构造措施和设计手段，对结构加以控制使之形成最佳耗能机构，以吸收和耗散地震能量。强调抗震与消震相结合，突出消震作用，即结构在地震作用下，做到“小震

4、抗，大震消，中震抗消结合”，将设计与分析相结合，强调设计的主观能动性。消震技术的关键是在结构的次要部位，通过设计分析，人为地采取一些构造措施，形成构造的薄弱环节，使之在地震作用到一定程度时，首先出现破坏，产生塑性变形，以变形消耗地震能量。例如对剪力墙结构在联系梁两端，通过设计增加一些构造、措施，人为地设置塑性铰。地震时保证梁两端首先开裂破坏，待震后再修复加固联系梁。　　消震技术较抗震技术显得积极主动些，加大了人的主观能动性的作用，但仍需与“抗”相结合。虽然理论上可行，但实际操作上难度较大，不易实现况且以被破坏结构的次要部位来消耗地震能量，其代价也是相当

5、大的。鉴于以上原因，人们又提出了结构的隔震技术。　　由于抗震和消震方法上存在缺陷，因此缺乏发展前途。要改变抗震方法的缺陷，需要变“抗”为“隔”，以“隔震”取代“抗震”或“消震”，这样才能提高抵御地震灾害的能力。　　结构的隔震是在结构底部设置隔震措施，大幅度降低地震波向上部结构传递，从而明显减轻或消除地震造成的灾害。隔震比之抗震，技术手段发生了本质变化，因为二者抵御地震的途径不同。　　隔震属结构控制范畴，结构控制系研究结构控制装置的设计理论及方法。结构控制分主动控制（ActiveControl)和被动控制(PasssiveControl)。主动控制是通过

6、控制器向结构输入能量，改变经过结构系统特性，使结构系统能指标函数极小，进而减小或抑制结构反应。从理论上讲，主动控制可以针对具体情况，实现所需的任意控制状态。主动控制原理先进，控制效果显著，但由于控制力需要外部能源，故这种控制器的设置技术高，且费用昂贵。主动控制由于许多问题尚未解决，目前仍处于研究阶段。被动控制包括基础隔震、减震、耗能、使用调频质量阻尼器（TunedMassDamper,简称TMD)等。被动控制的特点是结构简单，工作可靠，易于控制，造价低廉，不需要外部能源，但对结构的控制有局限性。目前，国内外对结构的控制还是以被动控制为主。　　一般结构隔

7、震技术是在基础和上部结构之间设置隔震元件，形成柔性底层，使基础和上部结构断开，延长上部结构的基本周期，从而避开地震地面运动的主频带范围，减小共振效应，阻断地震能量向上部结构传递，将其直接吸收或反馈回地面。采用隔震技术，上部结构的地震作用一般可减弱1/4~1/8，地震时建筑物上部结构的反应以第一震型为主，类似于刚体运动，基本无反应放大作用，从而保证建筑物的安全甚至避免小结构构件如设备、装修被破坏。隔震技术的设防策略立足于“隔”，采用“拒敌于门外”的防御战术，“以柔克刚”，利用专门的隔震元件，以集中发生在隔离层的较大的相对位移为代价，阻隔地震向上部传递，使

8、建筑物有更高的可靠性和安全性。目前的隔震技术主要有以下几种：　　夹层橡胶垫隔震　　夹层橡胶垫用