鋼絲繩隔振器在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用
2018-08-01 17:09:25來源： 作者：xdnet
隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷發(fā)展，不斷深入，各種新型機(jī)械的應(yīng)用層出不窮。然而振動(dòng)造成的危害限制了許多機(jī)械的應(yīng)用，如1940年7月1日，橫跨于美國華盛頓州普吉特海峽塔科馬峽谷上的一座鋼結(jié)構(gòu)大橋被風(fēng)“刮”斷了，其斷裂的主要原因是因?yàn)榇箫L(fēng)使鋼鐵橋產(chǎn)生了受迫振動(dòng)。類似事件在英國也有發(fā)生，1831年，當(dāng)一隊(duì)小兵通過曼徹思特附近的布勞頓吊橋時(shí)，整齊的正步使橋梁產(chǎn)生共振而倒塌。
另外, 目前在地震設(shè)防區(qū)建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中, 通常利用結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度和變形來抵抗地震作用, 其抗震設(shè)計(jì)的原則是: “ 小震不壞, 中震可修,大震不倒?！?也就是說小震(多遇地震)時(shí), 結(jié)構(gòu)處于彈性變形階段, 震后承重結(jié)構(gòu)能恢復(fù)到原來狀態(tài), 無裂縫,無傾斜, 非承重構(gòu)件和裝修等也不被損壞。但當(dāng)中震(基本烈度)發(fā)生時(shí), 結(jié)構(gòu)已進(jìn)人彈塑性階段, 由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的滯回衰減能力產(chǎn)生作用, 震后承重結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫, 非承重構(gòu)件和裝修出現(xiàn)的裂縫更為普遍。至于大震(罕遇地震)時(shí), 結(jié)構(gòu)雖然沒有倒下, 人身安全得以保證, 但結(jié)構(gòu)本身和非承重構(gòu)件以及裝修和室內(nèi)設(shè)備等均已遭受嚴(yán)重破壞, 財(cái)產(chǎn)損失慘重。由此可見, 這種防震措施, 在中震出現(xiàn)后, 結(jié)構(gòu)就已開始損壞, 并且震后的加固和維修工作量大, 時(shí)間長, 費(fèi)用高, 無法繼續(xù)正常使用。
如果采用隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法, 就可以避免上述情況的發(fā)生。隔震結(jié)構(gòu)可以減小上部結(jié)構(gòu)所受到的地震作用(力)、樓面的反應(yīng)加速度和上部結(jié)構(gòu)的層間變形。如果采用此種防震措施, 大震時(shí)上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件不會(huì)遭受嚴(yán)重破壞, 人員和財(cái)產(chǎn)安全均可得到相應(yīng)的保證, 這就是隔震建筑突出的優(yōu)點(diǎn)。地震時(shí), 地震波從震源發(fā)出, 經(jīng)過基巖、地基、建筑物基礎(chǔ)等途徑, 最后傳至建筑物的上部結(jié)構(gòu), 引起建筑物的震動(dòng), 從而產(chǎn)生了震害。
伴隨著人們對(duì)振動(dòng)危害越來越深入的了解，各種隔振設(shè)備也應(yīng)運(yùn)而生。其中鋼絲繩隔振器的發(fā)展最為迅速，自從美國在二十世紀(jì)七十年代發(fā)明了鋼絲繩隔振器以來，其應(yīng)用己不限制于最初的軍事用途，在工業(yè)，制造業(yè)等方方面面都己有廣泛的應(yīng)用。鋼絲繩隔振器的應(yīng)用能將系統(tǒng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為自身勢(shì)能，然后再將其轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的動(dòng)能，在這一轉(zhuǎn)化過程中，系統(tǒng)能量的損耗很小。
鋼絲繩隔振器的優(yōu)點(diǎn)
鋼絲繩隔振器主要的優(yōu)點(diǎn)是能在各種環(huán)境與溫度下使用，力學(xué)性能較穩(wěn)定，剛度范圍廣，承載大，可靠性高，壽命長，安裝空間也小
應(yīng)用于隔震結(jié)構(gòu)中的優(yōu)點(diǎn)
隔震和消能減震是建筑結(jié)構(gòu)減輕地震災(zāi)害的新技術(shù), 隔震體系通過延長結(jié)構(gòu)的自振周期能夠減少結(jié)構(gòu)所受到的水平地震作用, 已被國外強(qiáng)震記錄所證實(shí)。國內(nèi)外的大量試驗(yàn)和工程經(jīng)驗(yàn)表明, 隔震一般可以使結(jié)構(gòu)的水平地震加速度反應(yīng)降低60 %左右, 從而消除或有效地減輕結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)的地震破壞, 提高建筑物及其內(nèi)部設(shè)施和人員的安全, 增加震后建筑物繼續(xù)使用的功能。與抗震結(jié)構(gòu)相比,隔震結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn):
( 1 ) 提高了地震時(shí)結(jié)構(gòu)的安全性
由于地震作用的減小, 結(jié)構(gòu)構(gòu)件不會(huì)破損, 提高了結(jié)構(gòu)的安全性, 《征求意見稿》規(guī)定, 隔震后計(jì)算上部結(jié)構(gòu)水平地震作用時(shí), 換算烈度可降低1度一2 度, 但不能低于6 度。當(dāng)8 度降至6 度后, 我們知道6 度時(shí)有些建筑物不需抗震計(jì)算, 只要采取一些抗震構(gòu)造措施即可, 可見結(jié)構(gòu)的安全性已有很大的提高。
( 2）擴(kuò)大設(shè)計(jì)的靈活性
① 偏心率較大的結(jié)構(gòu), 采用隔震結(jié)構(gòu), 可以使上部結(jié)構(gòu)重心與隔震層的剛心重合, 減少上部結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。但是實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí), 偏心率大總是不好的, 不管隔震與否, 均應(yīng)盡力減小。
?、?由于地震作用的減輕, 一些非結(jié)構(gòu)構(gòu)件及設(shè)備的抗震構(gòu)造措施也相應(yīng)減少, 從而使設(shè)計(jì)和施工都簡單省事了。
③ 上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面可以減小, 從而降低了層高和柱截面尺寸, 柱截面尺寸的減小, 也就是增加了使用面積, 有時(shí)甚至將SR C 結(jié)構(gòu)改為R C 結(jié)構(gòu), 可以節(jié)約大量的材料和投資。
?、?由于采用隔震結(jié)構(gòu), 就可以放棄過去抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的一些習(xí)慣做法和僵化的思路, 從而設(shè)計(jì)出更加形式多樣化的建筑結(jié)構(gòu)來。
( 3 ) 防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞及其它
抗震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu), 在大震時(shí)上部結(jié)構(gòu)常產(chǎn)生很大晃動(dòng), 引起室內(nèi)設(shè)備和家具的移動(dòng)或翻倒或照明設(shè)施及懸掛物品掉下傷人等事故, 隔震結(jié)構(gòu)則可以防止或減少這些次生災(zāi)害的發(fā)生。并且由于地震時(shí)振動(dòng)很小, 非承重構(gòu)件如門窗、水電配管等均能保持完好。同時(shí)也抑制了抗震結(jié)構(gòu)由于振動(dòng)劇烈, 而使人感到恐怖不安和驚慌失措的感覺, 給人以安定感, 甚至稍小些的地震有時(shí)人們都察覺不到。
( 4 ) 經(jīng)濟(jì)損失減小
隔震建筑在大震發(fā)生后, 結(jié)構(gòu)仍未被破壞, 可以繼續(xù)使用, 而抗震結(jié)構(gòu)在同等震級(jí)發(fā)生后可能出現(xiàn)人員傷害, 財(cái)產(chǎn)損失, 建筑物需要維修加固甚至重建, 造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。過去的建筑物, 由于裝修簡單, 標(biāo)準(zhǔn)低, 室內(nèi)電器設(shè)備也很少, 所以結(jié)構(gòu)的投資占有很大的比例, 現(xiàn)在不同了, 非結(jié)構(gòu)部分的投資日益增加。因此, 地震時(shí)抗震結(jié)構(gòu)的非結(jié)構(gòu)部分投資損失的比例將逐步增多。
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