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钢丝绳隔振器在建筑结构中的应用

2018-08-01 17:09:25来源: 作者:xdnet

  随着工业化进程的不断发展,不断深入,各种新型机械的应用层出不穷。然而振动造成的危害限制了许多机械的应用,如1940年7月1日,横跨于美国华盛顿州普吉特海峡塔科马峡谷上的一座钢结构大桥被风“刮”断了,其断裂的主要原因是因为大风使钢铁桥产生了受迫振动。类似事件在英国也有发生,1831年,当一队小兵通过曼彻思特附近的布劳顿吊桥时,整齐的正步使桥梁产生共振而倒塌。
  
  另外, 目前在地震设防区建筑结构的抗震设计中, 通常利用结构构件的强度和变形来抵抗地震作用, 其抗震设计的原则是: “ 小震不坏, 中震可修,大震不倒。” 也就是说小震(多遇地震)时, 结构处于弹性变形阶段, 震后承重结构能恢复到原来状态, 无裂缝,无倾斜, 非承重构件和装修等也不被损坏。但当中震(基本烈度)发生时, 结构已进人弹塑性阶段, 由于结构构件的滞回衰减能力产生作用, 震后承重结构出现裂缝, 非承重构件和装修出现的裂缝更为普遍。至于大震(罕遇地震)时, 结构虽然没有倒下, 人身安全得以保证, 但结构本身和非承重构件以及装修和室内设备等均已遭受严重破坏, 财产损失惨重。由此可见, 这种防震措施, 在中震出现后, 结构就已开始损坏, 并且震后的加固和维修工作量大, 时间长, 费用高, 无法继续正常使用。
  
  如果采用隔震结构的设计方法, 就可以避免上述情况的发生。隔震结构可以减小上部结构所受到的地震作用(力)、楼面的反应加速度和上部结构的层间变形。如果采用此种防震措施, 大震时上部结构构件不会遭受严重破坏, 人员和财产安全均可得到相应的保证, 这就是隔震建筑突出的优点。地震时, 地震波从震源发出, 经过基岩、地基、建筑物基础等途径, 最后传至建筑物的上部结构, 引起建筑物的震动, 从而产生了震害。
  
  伴随着人们对振动危害越来越深入的了解,各种隔振设备也应运而生。其中钢丝绳隔振器的发展最为迅速,自从美国在二十世纪七十年代发明了钢丝绳隔振器以来,其应用己不限制于最初的军事用途,在工业,制造业等方方面面都己有广泛的应用。钢丝绳隔振器的应用能将系统的动能转化为自身势能,然后再将其转化为系统的动能,在这一转化过程中,系统能量的损耗很小。
  
  钢丝绳隔振器的优点
  
  钢丝绳隔振器主要的优点是能在各种环境与温度下使用,力学性能较稳定,刚度范围广,承载大,可靠性高,寿命长,安装空间也小
  
  应用于隔震结构中的优点
  
  隔震和消能减震是建筑结构减轻地震灾害的新技术, 隔震体系通过延长结构的自振周期能够减少结构所受到的水平地震作用, 已被国外强震记录所证实。国内外的大量试验和工程经验表明, 隔震一般可以使结构的水平地震加速度反应降低60 %左右, 从而消除或有效地减轻结构和非结构的地震破坏, 提高建筑物及其内部设施和人员的安全, 增加震后建筑物继续使用的功能。与抗震结构相比,隔震结构具有以下优点:
  
  ( 1 ) 提高了地震时结构的安全性
  
  由于地震作用的减小, 结构构件不会破损, 提高了结构的安全性, 《征求意见稿》规定, 隔震后计算上部结构水平地震作用时, 换算烈度可降低1度一2 度, 但不能低于6 度。当8 度降至6 度后, 我们知道6 度时有些建筑物不需抗震计算, 只要采取一些抗震构造措施即可, 可见结构的安全性已有很大的提高。
  
  ( 2)扩大设计的灵活性
  
  ① 偏心率较大的结构, 采用隔震结构, 可以使上部结构重心与隔震层的刚心重合, 减少上部结构的扭转。但是实际设计时, 偏心率大总是不好的, 不管隔震与否, 均应尽力减小。
  
  ② 由于地震作用的减轻, 一些非结构构件及设备的抗震构造措施也相应减少, 从而使设计和施工都简单省事了。
  
  ③ 上部结构构件的截面可以减小, 从而降低了层高和柱截面尺寸, 柱截面尺寸的减小, 也就是增加了使用面积, 有时甚至将SR C 结构改为R C 结构, 可以节约大量的材料和投资。
  
  ④ 由于采用隔震结构, 就可以放弃过去抗震结构设计时的一些习惯做法和僵化的思路, 从而设计出更加形式多样化的建筑结构来。
  
  ( 3 ) 防止非结构构件的破坏及其它
  
  抗震设计的结构, 在大震时上部结构常产生很大晃动, 引起室内设备和家具的移动或翻倒或照明设施及悬挂物品掉下伤人等事故, 隔震结构则可以防止或减少这些次生灾害的发生。并且由于地震时振动很小, 非承重构件如门窗、水电配管等均能保持完好。同时也抑制了抗震结构由于振动剧烈, 而使人感到恐怖不安和惊慌失措的感觉, 给人以安定感, 甚至稍小些的地震有时人们都察觉不到。
  
  ( 4 ) 经济损失减小
  
  隔震建筑在大震发生后, 结构仍未被破坏, 可以继续使用, 而抗震结构在同等震级发生后可能出现人员伤害, 财产损失, 建筑物需要维修加固甚至重建, 造成巨大经济损失。过去的建筑物, 由于装修简单, 标准低, 室内电器设备也很少, 所以结构的投资占有很大的比例, 现在不同了, 非结构部分的投资日益增加。因此, 地震时抗震结构的非结构部分投资损失的比例将逐步增多。