橡胶减振器在建筑中的应用技术

地振是一种危害性极大的随机性自然灾害，会给人类带来巨大的灾难．人们在与其长期地抗争过程中，不断地总结经验，寻求着更好的抗震防灾措施，使抗震理论日趋发展．目前，在国内外普遍采用的传统抗震技术基础上，又产生了一种新的抗震设计理论结构控制和控制结构理论．结构控制又称主动控制，主要研究结构工程中控制装置的设计理论、方法和实施；控制结构又称被动控制，是根据给定的条件将结构和控制装置作为一个整体进行优化设计．由于主动控制制约因素多、造价昂贵等原因，其应用研究尚处在开创阶段；而被动控制的应用研究正是国际土木工程界的热门话题之一．其中，基础隔震是结构被动控制中重要的一项内容　所谓基础隔振是在建筑物的上部结构与基础顶面之间设置一层具有足够可靠性的隔震层，使上部结构与基础分离，阻隔地振波向上部结构的传播，使输入结构的地振被隔震层的耗能元件吸收，从而大大减少上部结构的地振反应，以保证建筑物． 一、基础隔震技术与普通抗震技术的区别北京一名建筑设计老师在做客节目时曾指出：“我国现在的防震技术已经达到世界水平，只要采用先进的防震设计，像5.12汶川这样的地振所产生的后果是完全可以减轻的。”的确，21世纪的中国拥有与美国、日本等先进国家同等级的防振技术——基础隔振技术。当前先进的基础隔振技术是通过高新技术产品——建筑隔振橡胶支座，将上部建筑结构与下部地基结构隔离，由于建筑隔振橡胶支座中的隔振层刚度小，柔性强，当地振发生时隔振层将发挥“隔”的作用，代替上部结构承受地振强烈的位移动力，以此来隔离或耗散地振的力量，避免或减少地振力量向上部结构传输，此时,由于隔振层的作用，延长结构的周期并给予较大的阻尼，使上部建筑结构的反应相当于不隔振情况下的1/4～1/8，近似平动，从而“隔离”了地振的作用(如图CJ-1右)。 传统的建筑抗振技术主要特点是“抗”：上部建筑的基础与地基牢固的联结在一起，由于地振作用，引起上部建筑结构一起发生运动，此时上部结构就像电路上的放大器，对地面运动的作用力进行惯性放大作用（一般建筑物可放大2～5倍 (如图CJ-1左)，所以上部建筑结构要承受比地面还要大的地振作用破坏力，当建筑材料超过极限承载能力后，建筑物就会发生破坏、坍塌等地振灾害现象。从以上对比可以看出，基础隔震技术已经从“抗”到“隔”，突破了人们的传统设计观念，形成了中国抗振技术史上的一次重大革新。 二、建筑隔震橡胶支座的应用：基础隔震技术至今被国内许多生命线工程所采用，同时建筑隔震支座被编入抗震设计规范中。基础隔震技术被称为面向21世纪的抗震新技术，同时，建筑隔震橡胶支座也成为跨世纪的抗震新产品。 三、建筑隔振橡胶支座的构造及类型建筑隔振橡胶支座由多层橡胶和多层钢板交替叠置组合而成，对应不同建筑、桥梁的要求，隔震橡胶支座可以有不同的叠层结构、制造工艺和配方设计，以满足所需要的垂直钢度、侧向变形、阻尼、耐久性、倾覆提离等性能要求，并保证具有不少于60年的使用寿命。 四、建筑隔震橡胶支座的优点及主要性能要求1、建筑隔震橡胶支座支座的优点：建筑隔震橡胶支座除了本身的隔震力学性能满足抗震设计及使用要求外，还具备以下优点：一是建筑隔震橡胶支座耐久性好，抗低周期疲劳性能、抗热空气老化、抗臭氧老化、耐酸性、耐水性均较好，其寿命可达80～100年，期间的隔震力学性能不会发生明显变化，也就是说在80年之内不会影响使用，可见，与建筑物具有同等寿命。二是具有足够的an全储备，水平变形百分之250不会影响使用，另外具有足够竖向承载力保证稳定的支撑建筑物，建筑隔震橡胶支座结构中的隔震层具有稳定的弹性复位功能，能在多次地振中自动瞬时复位．这是摩擦滑移隔震体系所完全不能相比的。三是设计及施工方便。因建筑隔振橡胶支座的设计与配方科学合理，与传统的抗震结构相比，上部结构的地振反应减小到前者的1/4～1/8左右，an全可靠度大大提高，建筑的设防目标一般可以提高一个设防等级；传统的设防目标是“小震不坏，中震可修，大震不倒”，而隔震建筑能做到“小震不坏，中震不坏或轻度不坏，大震不丧失使用功能，”其潜在的经济效益和社会效益是十分可观，按施工经验，隔震结构一般比非隔震结构造价降低百分之7～百分之15。2、建筑隔震橡胶支座的主要性能要求。项目技术指标竖向极限压力≥100Mpa水平位移为支座内部直径0.55倍状态的极限压应力≥30Mpa竖向极限拉应力≥1.5Mpa水平极限变形能力极限剪切变形不应小于橡胶总厚度的百分之350阻尼比≥百分之5耐火性能竖向极限压应力和竖向刚度的变化率不大于百分之30因其设计参数较多，详细可见标准《GB 20688.3-2006》即可。 五、基础隔震技术的原理通过建筑物的地振反应谱可以很好地说明基础隔震原理，加速度反应谱和位移谱曲线。 对建筑物地振反应有重要影响的因素主要有两个：一个是结构的周期，另一个是阻尼比。普通非隔震中低层建筑物的刚度大、周期短，其基本周期正好在地振输入力量zui大的频段上。因此相应的加速度反应比地面运动放大得多，而位移反应却较小，如果延长建筑物的周期，而保持阻尼不变，则加速度反应被大大降低，但位移反应却有所增加，如果继续加大结构的阻尼，加速度反应则继续减弱，且位移反应也明显降低，这就是说，通过隔振支座来延长结构的周期并给予较大的阻尼，就可使结构上的加速度反应大大降低。同时，对结构产生的较大位移也是由隔震支座中的隔震层来提供，而不由上部结构自身的相对位移来承担。这样，上部结构在地振过程中就会发生平移的运动，大大提高了上部结构的an全度。如果汶川等受振灾区的生命线工程都采用了基础隔震技术，损失一定会大大减少，然而，面对灾难，我们不能一味地只作假设。作为一名多年在基础隔震技术领域从事研究的技术人员。本人及本公司愿为各地抗震办、设计单位免费提供建筑隔震橡胶支座的各项技术数据与咨询工作，以对灾区重建及中国的隔震建设事业奉献一份力量。