组合隔震结构

组合隔震结构（精选7篇）

组合隔震结构 篇1

1 引言

组合隔震结构[1,2]通过优化结构的控制参数, 可以利用结构自身的振动, 抑制或减小其相邻结构的振动, 达到相互控制的目的。

通常, 对隔震结构的研究大多数只考虑结构的平动, 而忽略隔震层的竖向变形引起的摆动。但由于隔震结构上部结构层间刚度相对较小 (如多层钢框架结构或层数较多的钢筋混凝土框架结构) , 垂直荷载较大, 且其所采用的多层橡胶垫的橡胶总厚度较大时, 就有可能产生明显的竖向变形[3]。在这种情况下, 隔震结构的地震反应不仅要考虑结构的水平振动, 而且还要考虑结构的摇摆振动。在组合隔震结构中, 这种摆动可能对隔震体本身及相邻联接体的振动控制产生影响, 但目前很少有相关的研究成果报道。本文推导了组合隔震结构考虑摆动的运动及控制方程, 研究了不同参数下摆动对其振动性能和控制效果的影响。

2 多单体隔震结构体系的计算模型及运动方程

如图1所示, 为一多单体组合隔震结构, 单体2为采用夹层橡胶隔震垫的基础隔震结构, 并假设为等效线性化模型[4], 单体1和3为非隔震结构, 假设各结构质量集中在楼层处。单体1、单体2和单体3的层数分别为n1、n2和n3, 由于隔震层的存在及考虑结构的摆动, 自由度数分别为n1、n2+2和n3, 单体1和单体2之间以及单体2和单体3之间分别通过N个控制器相连。则在考虑摆动时建立的组合隔震结构体系的运动方程组:

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式中, Ii (i=1、2、3) 分别为各单体单位列向量。Mi、Ci、Ki (i=1、2、3) 分别为各单体的质量、阻尼和刚度矩阵。 XI、undefined、undefined、2、3) 分别为各单体的位移、速度和加速度列向量, undefined为地面运动加速度。Bs1、Bs2为ni×Ni (i=1、2) 阶、Bs3、Bs4为ni×Ni (i=2、3) 阶控制力位置矩阵, 其元素为0或1。

如图1 (c) 所示, 为单体2的计算模型, 可建立其多质点平摆动体系隔震结构地震反应运动方程:

上部结构运动方程

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隔震结构体系运动方程:

由 (2) ～ (4) 可得基础隔震结构平摆动运动方程:

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其中, X2={x2s1, x2s2, …, x2sn2, xb, θb}T, x2si为单体2上部结构第i层对结构底板的相对位移, xb为单体2结构底板与基础面之间的水平相对位移, θb为单体2结构底层的摆动转角;单体2考虑摆动的质量、阻尼和刚度矩阵分别为:

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式中, Kθ为单体2结构底板的转动刚度:

方程组 (1) 可写成等效形式:

式中:

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将等效运动方程 (5) 写成状态方程的形式:

3 组合隔震结构的振动控制

对于方程 (3) 所描述的系统, 采用经典线性最优控制 (LQR) , 引入线性二次型最优性能指标[5]

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式中, Q、R分别为结构状态反应加权矩阵和控制力向量加权矩阵, 用以调整结构反应和控制力两者之间的相对重要程度。

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式中, α和β是待定系数, 与控制器常数有关, 用以调整Q和R的大小。从 (4) 式可以看出, Q越大, 结构反应越小, 而控制力越大;R越小, 则控制力越大, 结构的反应越小。线性最优控制的目标是, 在满足方程 (4) 的约束前提下, 使J值最小。根据极值条件, 可求出最优控制力为:

U (t) =-R-1BTPZ (t) (10)

即U (t) =-GZ (t) (11)

G=R-1BTP (12)

式中, G是最优状态反馈增益矩阵。P可通过如下Riccati方程得出:

-PA-ATP+PBR-1BTP-Q=0 (13)

4 算例及分析

一框架结构被一条变形缝分为平面刚度相等的两个单体结构, 其中, 单体1为十层的非隔震结构, 单体2为十五层的基础隔震结构, 单体3为十层的非隔震结构, 各层质量均为2×105kg, 各层水平刚度均为5.16×107kN/m, 各层层高为3.3m, 结构阻尼比ξ=0.05, 结构示意图如图1。在单体1、2、3之间设置控制器 (十层顶) , 使之成为组合隔震结构。隔震结构采用叠层橡胶支座, 隔震层质量为3.5×104kg, 等效水平刚度为4.7×106kN/m, 隔震层阻尼比为0.20, 结构底板转动刚度Kθ=3.78×1010kN·m/rad。输入地震加速度记录为El Centro地震波, 加速度峰值调至200Gal。

采用Matlab编程, 经过试算, 确定权矩阵系数分别为α=100、β=8×10-5, 得出结构不考虑摆动和结构考虑摆动两种情况下的地震响应时程和控制力时程如图2所示。

5 结语

通过以上计算与分析, 可以得出如下结论。

1) 在组合隔震结构中, 当隔震结构上部结构层间刚度相对较小 (如多层钢框架结构或层数较多的钢筋混凝土框架结构) , 垂直荷载较大, 而其所采用的多层橡胶垫的橡胶总厚度较大时, 对组合隔震体系进行振动控制需考虑结构的摆动。

2) 组合隔震结构中, 隔震体的摆动对本身的振动控制影响较大, 对相邻联接体的振动控制影响不大。

参考文献

[1]邹立华, 赵人达.组合隔震结构的振动控制研究[J].振动与冲击, 2005, 24 (2) :80-84.

[2]邹立华, 赵建昌, 虞庐松.双单体组合隔震结构振动随机最优控制[J].控制理论与应用, 2005, 22 (6) :973-977.

[3]阎维明, 谭平.多结构混合控制体系研究[J].地震工程与工程振动, 1998, 18 (3) :108-114.

[4]B.Palazzo, L.Petto.Response of BaseIsolated System toRandom Excitations[J].European Earthquake Engineer-ing, 1996, 10 (2) :225-235.

[5]邹立华, 赵人达.土-基础相互作用隔震体系地震随机响应分析[J].计算力学学报, 2005, 22 (2) :252-256.

[6]闵书亮.主、附结构的组合及控制机理研究[J].哈尔滨建筑工程学院学报, 1993, 26 (4) 12-17.

[7]邹立华, 赵人达.组合隔震结构振动随机最优控制[J].西南交通大学学报, 2004, 39 (5) :618-622.

[8]周福霖.工程结构减震控制[M].地震出版社, 1997.

基础隔震结构初探 篇2

一、隔震支座

传统的隔震支座分为弹簧和滑动支座两种。前者包括普通叠合橡胶支座、高阻尼叠合橡胶支座;后者可包括普通滑动支座、橡胶滑动板支座。

弹性支座一般是由橡胶薄片与钢板交互叠合在一起加硫粘合。其特征与没有钢板的情况相比, 水平方向的刚度很小, 对垂直荷载来说, 由于此方向的变形受到钢板的约束, 该方向的刚度变大。对于弹性支座来说, 既要求其稳定地支持建筑物的自重, 同时又要求有水平方向上周期较长的特点, 可以说这些叠合橡胶是能满足要求的。

滑动支座是不具有明确周期的支座, 由于不具有特定的周期, 所以具有可在相当广的频率范围内期待隔震效果这一优点。

(一) 普通叠合橡胶支座

橡胶原料中, 有橡胶树上采集的天然橡胶, 有1930年美国杜邦公司开发的氯丁二烯橡胶, 还有其他多种人造橡胶。现在较多国家使用的叠合橡胶主要是氯丁二烯橡胶。从天然橡胶和氯丁二烯橡胶两种材料的特性来看, 天然橡胶除抗臭氧等耐候性不良外, 其破坏特性、抗蠕变形, 对变形的恢复性能特性等较优, 弹性率对温度的依赖性也小;而氯丁二烯橡胶的耐候性较优, 耐寒性和抗蠕变性与天然橡胶相比稍微差一些。日本等一些国家主要采用天然橡胶与氯丁二烯橡胶共同使用的办法制作叠合橡胶支座。

(二) 高阻尼叠合橡胶支座

这种支座采用高阻尼橡胶材料制造。高阻尼橡胶可以通过在天然橡胶中掺入石墨得到, 根据石墨的掺入量可调节材料的阻尼特性。高阻尼橡胶也可以用高分子合成材料, 这种人工合成橡胶不仅阻尼性能好, 抗劣化性能也极佳。和铅芯叠合橡胶支座一样, 高阻尼叠合橡胶支座也兼有隔震器与阻尼器的作用, 在隔震系统中独立使用。

(三) 普通滑动支座

砂垫层、石墨垫层滑动支座以及不锈钢板和聚四氟乙烯为滑动材料的支座, 都属于普通滑动支座。图1所示为某滑动支承结构。

这类支座的特点是:利用支座的滑移使建筑物和地基解祸, 除了滑移之外还兼有阻尼作用。然而, 支座本身不具有位移恢复能力, 不具备明确的周期, 这一点和具有特定周期、具有复原能力的叠合橡胶支座不同。

(四) 橡胶滑动板支座

这一滑板支座是由两块普通滑板支座组成, 接触面为氟板, 并有润滑剂, 可保证接触面的最大初始滑动摩擦系数不大于0.06, 稳定摩擦系数在0.05左右。支座上下部分在其外侧粘结一层橡胶, 当基底剪力大于0.06mg时, 结构滑动, 当滑移量较小时, 结构可自由滑动, 当滑移量超过一定量值时外层橡胶受到张力, 使支座具有一定的刚度, 从而控制结构的滑移量。这种支座的另一特点是具有全封闭型, 从而保证在房屋使用寿命内支座的摩擦特性不变, 具有很好的耐久性。

二、基础隔震特点分析

(一) 基础隔震结构的优点

(l) 由于隔震装置把结构物的承重构件与承受水平地震的构件分开, 使承重构件受到较小的水平力, 避免其在强地震作用下进入塑性状态, 从而可靠地提高了地震作用下结构的安全度和可靠度。

(2) 基础隔震方法能够较为准确地控制传到上部结构的最大地震作用, 且受力明显, 从而克服了传统抗震方法中设计结构构件难以准确地确定其荷载的困难, 降低了地震作用的不稳定性。

(3) 基础隔震方法把结构的变形局限在隔震支座上, 结构自身的相对变形大大减小, 甚至在强震时仍保持在弹性范围内, 可以保护非结构构件不受地震的损坏。

(4) 隔震支座即使在震后产生较大的永久性变形或损坏, 其复位、更换、维修、也要比更换、维修结构构件方便、经济, 基础隔震结构的修复比传统结构要容易得多。

(二) 采用隔震设计的主要限制

(1) 软土地基上的建筑因输入地震波含有丰富的低频成分, 难以采用隔震结构;

(2) 结构的自振周期大于1.55时隔震结构效果不大;

(3) 风载大于结构自重的10%时, 隔震结构会经常处于运动状态;

(4) 没有空间安装隔震支座并提供足够宽的隔震沟。

三、基础隔震结构研究成果

目前关于滑动隔震支座和叠层橡胶隔震支座的研究较多, 人们发现滑动隔震支座没有自复位能力, 在大震时将可能产生不可控制的位移;而叠层橡胶支座虽有自复位能力, 但是出于经济等各方面的考虑, 其直径不可能做得太大。摩擦摆隔震系统 (FpS) 作为传统滑动隔震支座的改进, 其特有的圆弧滑动面使其具有自复位功能, 摩擦摆系统剖面图见图2, 当上部结构自振周期较短时, 隔震结构的自振周期可延长至, 其中R是滑动球面的半径, g是重力加速度;也有人提出了组合基础隔震系统, 即叠层橡胶支座与滑动支座共同使用隔震系统, 并进行了试验研究, 研究表明叠层橡胶良好的自复位能力, 滑动支座较强的耗能能力, 使得组合隔震系统隔震效果明显, 是一种简单、经济、有效, 具有广泛应用价值的基础隔震形式;江世哲等人也提出了SMA被动隔震装置, 形状记忆合金 (SMA) 在伪弹性阶段具有较好的阻尼性能, 通过对SMA元件的合理布置, 可以使得隔震系统获得可观的耗能能力和震后复位功能;也有不少学者提出了带有主动控制、混合控制功能的隔震系统, 并对它们的性能进行了评价。

隔震支座的分析模型, 目前研究中比较常用的有:包括纯摩擦系统 (P-E) 、层合橡胶系统 (LRB) 、弹性摩擦系统 (RZFBI) 、法国电力公司的核电厂摩擦隔震系统 (EDF) 、新西兰的铅芯橡胶系统 (NZ) 和滑动加弹性摩擦系统 (SRZF) 等。此外还有学者对于一些特殊情况的支座提出了一些自己的看法, 如刘文光等人基于橡胶支座应力应变关系, 提出了双刚度与原点拉伸刚度应力应变两个计算模型。

此外还有关于其位移幅值的分析, 研究发现场地类别、地震烈度、隔震后结构基本周期、隔震层等效阻尼比是影响隔震支座位移幅值的主要因素。也有学者通过讨论隔震支座的简化力学模型及橡胶材料的本构关系, 利用三维非线性有限元.TL格式对铅胶隔震支座的动态特性进行了研究, 得出了反应支座垂直刚度、切向刚度的计算式, 可供设计直接使用, 吴彬《铅芯橡胶支座的非线性动态分析力学参数试验研究》对不同结构构造的铅芯橡胶支座进行了水平动态力学试验, 分析认为:铅芯橡胶支座动态力学性能 (特征强度、水平方向耗能、初始刚度、屈服后刚度及硬化比) 主要由其本身的几何构造及组成材料决定, 且在往复加卸载循环过程中具有较好的稳定性。

一系列的研究为基础隔震技术的设计理论与实践进行总结提供了第一手资料, 也表明隔震技术的成熟。

参考文献

[1]韩森, 王秀梅.基础隔震结构技术的研究现状[J]。北京建筑工程学院学报.2004, 20 (2)

[2]孙作玉, 王晖.一种新的隔震换能控制装置及其应用[J]。振动工程学报.2005, 32 (12)

[3]刘文光, 韩强.建筑橡胶支座拉伸性能的计算模型与评价标准[J].沈阳建筑大学学报.2005, 21 (5)

隔震建筑结构设计研究 篇3

1 隔震建筑的形式

1.1 基础隔震

在建筑物最下层的基础部位设隔震层和隔震装置, 是最基本的隔震结构形式, 也是在工程中应用最多的隔震形式。

采用基础隔震设计上应注意: (1) 在建筑物周边, 隔震层部分要比基础大一圈, 因此场地要宽裕; (2) 隔震层的周围设挡土墙, 其上部有墙外狭道等, 因此要确保地震时不因上部结构的移动而带来其它问题; (3) 方便检查和更换隔震装置; (4) 为使设备管线适应隔震层的位移和变形, 常采用柔性连接或球型接点, 但要考虑安放装置及检修的空间; (5) 隔震建筑物与其它建筑物之间的联系通道要适应相对变形, 确保畅通无阻。

1.2 中间层隔震

在基础以上的中间楼层设置隔震层, 下部结构同普通建筑物一样直接与地基接触, 因此它不存在基础隔震建筑的底部体积和墙体数量问题, 但隔震层以下的楼层需要做抗震处理。

在市区场地不太宽裕时, 可把隔震层设计在地面以上, 在空中变形有利于节约用地, 同时也能有效减少地基的挖土量。

采用中间层隔震, 设计上应注意: (1) 为适应隔震层的移动变形, 该部分的建筑外墙应设水平缝, 要考虑防水、隔音、防火等, 也要注意立面的协调美观; (2) 解决楼梯、电梯井、机器升降、设备管线等贯穿隔震层的问题, 并考虑防火区间的划分; (3) 便于检查、更换隔震装置及耐火材料等。

1.3 人工隔震地基

在多栋建筑物的人工地基下方设置隔震层, 可一次性、大范围解决多栋建筑物的隔震问题, 在集合住宅下方设置作为人工地基的共同管沟可提高整个城市空间的耐震性 (如下图) 。

采用人工隔震地基, 设计上应注意: (l) 人工地基作为基本建设项目属共同财产, 为各建筑物共同使用, 应先明确所有权问题; (2) 人工地基上的建筑物不一定一次建成, 应考虑部分竣工或增建改建等情况; (3) 人工地基设计时的标准掌握, 建筑物的分摊份额及付款等法律上的问题, 还有防火规范等, 都应慎重考虑。

1.4 隔震改造

适用于对既有建筑物的抗震改造, 常用于提高具有纪念意义或文化价值的建筑物的耐震性。由于采用隔震结构体系, 减少了作用于建筑物的地震力, 从而几乎不需要对建筑本身补加任何结构处理, 同时, 改造后不改变建筑外观及内部空间。

但由于建筑物下方增设隔震层, 改变了支撑系统, 使得基础工程量大大增加。与新建建筑物相比, 既有建筑物的改造受到更多的条件限制:有要求边营业边施工的可能;要保持内外装修的连续性、一致性;还要确保通往建筑内部的流线等。

采用隔震改造时, 设计上应注意: (l) 全面了解、把握建筑物现状, 原有设计图纸, 现场调查场地及建筑物耐震情况; (2) 确定建筑物在形态、材料等方面继续保留原样的程度和范围, 在此基础上确定耐震加固及隔震层的位置等; (3考虑临时支撑或提升建筑物所需的空间和工作面; (4) 改造施工时采取措施, 避免建筑物因不均匀沉降而受到破坏; (5明确设计标准, 设定楼地面的强度, 满足既有建筑物的承载力、变形能力、使用功能; (6) 考虑相应水平位移的对策, 还要注意外观的连续性和亲和感, 特别注意楼地面、墙等处伸缩连接的位置; (7) 增设中间隔震层时, 应考虑贯穿隔震层电梯井与设备管线等的移动变形的改装和层高变更等竖向设计的问题。

2 场地与规划

2.1 场地条件

隔震建筑属长自振周期结构体系, 最好建在主周期短的地基上。建筑场地宜为根据《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2001) 规定的I、Ⅱ、Ⅲ类, 并选用稳定性较好的基础类型。

2.2 规划设计

隔震建筑设置有隔震层, 在地震时上部结构会产生位移。因此, 外部空间应作包括邻栋间距、碰撞距离、消防及外观的舒适感等安全上的考虑。此外, 建筑外墙、外围设施、坡地、挡土墙等。在场地规划时, 也应从适应上部结构位移特性方面考虑。

确定建筑物与场地边界线的关系, 在可移动范围 (1) 部分要避免建筑物与边界围墙接触、碰撞。特别注意上部结构或墙外之间的距离不能过大, 避免人的随意钻入;当需要进入时, 要有安全措施。

建筑物在长期使用过程中, 其整个可移动范围内不得堆放任何障碍物。在可移动范围 (2) 一般设有建筑的出入口, 要注意不能因为上部结构的移动而使人受到伤害, 为避免人、车轻易进入 (出入口除外) , 最好设置门墙或指示标记等。

3 设计性能目标

3.1 抗震性能

大地震时具有高安全性是隔震建筑的特点, 因此隔震设计以建设地区大地震的烈度为基准, 以建筑本身及室内物品无损坏为目标确定抗震性能指标。非隔震的下部结构及基础部分 (桩、挡土墙、地下室等) 也要求有一定抗震能力, 在大地震中结构基本保持在弹性范围以内。

3.2 抗风性能

由于隔震建筑水平刚度小容易产生微小晃动, 应考虑季节风等带来的影响, 还会出现因风压而使隔震层的阻尼装置失效或高衰减的叠层橡胶的隔震效果降低等情况。因此风压产生的水平振动可能会有损建筑的使用安全性及隔震部件的耐久性。此外, 罕遇的大台风也会使隔震层产生大的变形, 所以要求隔震层具有抗风性。

4 降低隔震层的水平刚度

为了提高建筑隔震效果, 使隔震层的水平刚度充分小并延长建筑物的自振周期, 要求设计时, 选择适宜的隔震支座和平面柱网尺寸。如柱网尺寸小、用量多而直径小的隔震支座, 可降低隔震层的水平刚性;但直径小的隔震支座其变形上限也随之减小;换用直径大的隔震支座反而能提高隔震层的刚性。

5 避免隔震支座产生拉应力

为避免隔震支座产生拉应力, 应把高宽比作为隔震建筑设计的限制条件之一。高宽比的上限取决于隔震支座总水平刚性的自振周期, 并与自振周期成正比。把上部结构设定为刚体, 使地震输入的能量与隔震装置吸收的能量平衡, 以地震加速度作用的一刹那隔震支座不产生拉应力为目标。

高宽比相同的建筑物, 尽量使建筑物的轴力集中于建筑物的两端, 可延缓拉应力的产生。

6 安全间距

为满足上部结构在地震时的变形, 在水平方向, 应保证具有上部结构地震变形量的1.5～2倍的安全距离, 通常设计为30～40cm。对于竖向安全间距, 应考虑到支座橡胶的变形 (徐变、温度变形、水平变形时的竖向沉降等) 设定为橡胶总厚的百分比再加上施工误差。水平方向除避免结构体的碰撞外, 还应采取必要措施使变形部位的装修及设备管线不受损坏。

7 隔震装置布置

在隔震建筑的设计中, 原则上应使隔震层所有隔震构件的刚心与上部结构的重心一致, 不产生扭转。但是, 由于建筑物的不规则和柱网尺寸的限制, 仅靠柱下配置的隔震支座会产生隔震层的刚心与上部结构的重心不一致。采用与隔震支座独立的阻尼器设计, 在阻尼器的弹性范围内, 可以使隔震层的刚心与上部结构的重心一致, 避免隔震层的振动扭转。如果阻尼器布置在建筑外周, 抑制扭转变形的效果会更好。

8 隔震支座的更换

隔震支座出故障的可能性及如何实施更换等问题应事先有所考虑:隔震建筑需留设供检查及更换所有隔震支座及构件的通道与空间;隔震系统构件的修复及更换需在有隔震建筑设计或施工经验的建筑师或专业技师监督下进行。

摘要：对于建筑设计者来说, 充分了解隔震建筑的性质, 将有助于安全合理地设计隔震建筑, 进而加快对隔震技术的推广应用。本文重点研究了隔震建筑的结构设计。

偏心隔震结构研究进展 篇4

工程结构抗震研究约有100多年的历史, 其中结构利用振动控制技术的研究和发展仅有50多年的历史。隔震技术作为一种被动控制技术, 已经成功应用到实际工程中, 这些应用包括医院、计算机中心、美术馆、博物馆等国家公共建筑, 还有超过100m的超高层住宅建筑[1, 4]以及一些重要的桥梁建筑[2]等。近10年来, 隔震支座开发及模型分析[2,3,4,5,6,7,12]、隔震结构计算分析理论[8,9,10,11,12]、支座及整体结构试验[12,13,14,15,16,17]和隔震技术应用[18,19,20,21]都得到蓬勃发展;近几次特大地震的惨痛教训使人们提高了对结构抗震的重视, 也为隔震技术的推广使用提供了平台。

扭转效应对传统结构会产生不利影响, 1985年的墨西哥地震中倒塌建筑中42%与不规则建筑扭转反应相关[24]。随着隔震技术在工程结构中的不断应用以及工程结构自身特性, 使隔震结构的动力特性变得复杂起来;对隔震结构的设计和分析提出了新的问题。由于地震本身的规律并没有被完全掌握, 新建的大部分隔震结构也有待实际强震的考验, 因而有必要对不同建筑风格的隔震结构进行全面系统的研究, 进而保证隔震建筑的安全和耐久性。出于建筑美学的考虑, 许多建筑都具有不对称、不规则的特点, 虽然在建筑风格上说具有美学欣赏价值, 但是对于抗震研究来说, 则需要面对新的问题。当然, 即使在设计上具有对称性的建筑, 由于结构材料性质的变异、构件尺寸控制的误差、施工工艺和条件的限制等因素所造成的刚度偶然偏心, 实际上也是不对称的。非对称结构的质心和刚心不重合, 地震过程中作用在结构质心上的惯性力会对刚度中心产生扭转力矩, 且地震的转动分量对结构也会产生扭转力矩;这样在水平地震作用下除产生水平位移, 还会产生与侧向位移耦联的扭转位移。偏心的产生意味结构将出现扭转效应, 而扭转对结构本身是不利的, 有时甚至会成为结构倒塌的重要原因之一。尤其对于容许结构构件进入屈服阶段的结构来说, 即使结构设计不存在偏心, 在强震作用下结构进入屈服后刚度分布不均同样也会出现偏心;而对于依靠屈服后降低刚度延长结构周期和增加耗能的隔震结构而言, 这种现象可能会更明显, 因而必须引起重视。

2 研究概况

结构偏心对隔震结构的影响如何历来是学者所关心的问题。近年来, 国内外学者对偏心隔震结构进行过一些研究。

Lee (1980) [22]等分析了隔震结构对于减小非对称结构扭转效应的作用, 指出只要隔震层偏心程度很小, 即使上部结构的偏心程度相对较大, 基础隔震结构的扭转反应也很小。

Jangid (1994) [23]等对考虑扭转耦合的非对称基础隔震结构进行了非线性地震反应分析, 对非对称基础隔震结构、非隔震固定基础偏心结构及对称隔震基础结构进行了对比研究, 研究了上部结构及隔震支座的质量、刚度、阻尼比等参数对地震反应的影响, 指出非对称结构隔震效果小于对称结构隔震效果, 如果忽略扭转效应会过高估计隔震效果;偏心会减弱隔震效果, 但对于隔震位移影响较小。

Shakib (2003) [26]等分析了竖向地震对摩擦隔震支座偏心结构地震反应的影响, 发现竖向地震对平动-扭转耦联摩擦滑移隔震影响较大。

Almazan (2003) [27]等研究了由于摩擦摆隔震结构的倾覆引起的瞬间扭转效应, 指出在双向地震作用下结构的长细比和纵横比对结构平-扭耦合效应有一定的影响, 并认为提高扭转刚度以及减小结构高宽比可以减小隔震支座和上部结构扭转放大系数。

Ryan (2006) [28]等研究了具有摇摆-扭转动力特性偏心隔震结构的位移和轴力估计方法, 指出隔震层周期、屈服力、水平向和竖向频率、刚度偏心距等对结构的反应有一定的影响。

Tena-Colunga (1999-2007) [25,29,30]等先对上部结构存在质量和刚度偏心的基础隔震结构进行了扭转反应分析, 发现上部结构偏心距是影响扭转反应较大的参数, 扭转放大系数随着隔震周期与上部结构周期比增大而增大, 尤其是上部结构存在刚度偏心时;然后对基础隔震偏心的结构进行了扭转效应的参数研究, 发现非对称结构相对于对称结构的隔震层峰值位移反应放大值随着隔震层偏心增加而增加, 隔震层偏心率是重要的参数值。

Segu in (2008) [31]等对具有平-扭耦合效应的线性基础隔震支座与偏心结构之间相互作用进行了研究, 提出了两种可以估计隔震层及上部结构位移放大值的简化模型, 第一种模型通过修正上部结构质量矩阵来考虑隔震支座与结构的相互作用;第二种模型假设上部结构受到三个横向惯性力而产生伪静态反应, 并与真实反应进行了比较, 发现两种模型能保守估计建筑结构由于扭转引起的反应放大值。

Kilar (2009) [32]等对基础隔震层不对称建筑结构进行了参数研究, 研究了四种非对称分布隔震支座和两种对称分布隔震支座三维建筑结构非线性动力反应, 发现出现了不同的扭转反应结果, 指出通过选择不同的分布形式可以确定减小偏心扭转的隔震支座形式, 同时也发现上部结构即使无偏心也会引起结构损伤。

Mansoori (2009) [33]等分析了利用线性粘滞阻尼器来控制不规则偏心结构的位移和加速度, 研究发现不同阻尼器分布可以有效控制结构的位移、加速度及扭转效应。

江宜城 (1999-2000) [34,35]等对单层偏心的单层隔震框架结构进行了地震扭转反应分析, 计算了在上部结构不同偏心率情况下结构模型的地震反应, 结果表明对于存在扭转变形的结构来说随着上部结构偏心率的增大, 基础隔震的效率降低;进一步分析了多层隔震框架结构地震扭转反应, 讨论了隔震层水平刚度、扭转刚度与结构固有周期的关系, 计算了基础隔震结构的地震扭转反应, 结果表明, 当隔震层水平刚度减小、周期变长时, 平动卓越型固有振型的周期接近无偏心时的平动一次周期;对存在扭转变形的基础隔震结构来说, 通过减小隔震层的刚度偏心, 可以抑制整个结构的扭转变形比。

张俊发 (2002) [36]等根据空间非对称框架结构的特点以及实施扭转振动控制的要求, 采用当前发展较为成熟的RB (叠层橡胶支座) 和LRB (叠层铅芯橡胶支座) 作为调控隔震元件, 建立了一种空间杆系-层间计算模型;对一典型多层非对称框架结构采用传统非隔震和基础隔震方案, 水平输入地震波, 进行了一系列的平动-扭转耦联地震反应对比分析。结果表明, 通过设置隔震支座, 可有效控制非对称建筑结构在地震激励下的偏心扭转效应。

向伟民, 李向真 (2004) [37]等在平转耦联隔震结构简化体系的基础上, 对地震作用下的反应进行了数值时程计算, 并对各有关动力参数对地震反应的影响进行了分析研究。

李宏男 (2006) [38]等以隔震结构偏心参数对结构地震反应的影响分析结果为依据, 分析了偏心参数对结构转动方向地震作用的影响, 利用最小二乘法拟合, 提出了计算偏心隔震结构转动方向地震作用的简化计算公式, 利用该公式只要当给定结构相应的偏心参数后, 能较方便地计算出上部结构扭转加速度。

王兴国 (2006) [39]等研究了结构在不同偏心时的反应并分析了FPS隔震装置的摩擦系数、滑道半径对其抗震性能的影响。

袁兵 (2006) [40]等建立了地震作用下高层框架-剪力墙基础隔震结构的平移-扭转耦联振动模型和运动方程, 分析了单轴偏心基础隔震结构的平移-扭转耦联地震响应, 并探讨了不同偏心率下隔震结构的地震反应, 指出只有在上部结构和隔震层的偏心率满足一定关系的情况下, 采用基础隔震才能明显减小结构的扭转反应。

李慧 (2007) [41]等利用过滤白噪声地震动模型, 应用虚拟激励法对单向偏心隔震结构进行了随机响应分析, 讨论了偏心结构的平-扭耦联影响。

袁正国 (2007) [42]等对偏心单塔隔震结构, 在地震作用下采用多塔同基础隔震的方案, 能大幅度降低结构隔震层的扭转反应, 其中最大扭转加速度最少降低55%, 最大扭转角最少降低84%。

叶昆 (2009) [43]等研究了偏心基础隔震结构在双向近断层脉冲地震和远场地震作用下的非线性地震反应, 分析了隔震层偏心、上部结构偏心、上部结构转侧频率比以及近断层脉冲地震脉冲周期等参数对于偏心基础隔震结构地震反应的影响, 发现存在隔震层偏心使偏心基础隔震结构对近断层脉冲地震作用更加敏感, 并且近断层脉冲地震的脉冲周期对偏心隔震结构在近断层脉冲地震作用下的反应有很大的影响。

李钢 (2009) [44]等建立了可以考虑平-扭耦联效应的消能装置附加阻尼比计算方法, 即改进变形能比法, 并深入研究了消能减震结构发生平-扭耦联变形的动力时程分析方法。

王建强 (2009-2010) [45,46,47]等对多层基础滑移隔震结构进行了水平双向地震作用下的平-扭耦联地震反应分析, 研究了上部结构偏心和上部结构抗扭刚度对结构地震反应的影响, 分析表明上部结构质量偏心较上部结构刚度偏心对基础滑移隔震结构地震反应的影响更大, 因而应减小上部结构质量中心与隔震层质量中心和刚度中心的偏心距, 以减小结构的扭转反应;当上部结构的质量偏心距较小时, 其对基础滑移隔震结构的地震反应也有一定程度的影响;隔震层刚度偏心比隔震层质量偏心对基础滑移隔震结构地震反应的影响较大;隔震层的抗扭刚度对隔震支座位移有一定程度的影响, 增大隔震层的抗扭刚度可减小隔震支座的位移。上部结构的偏心距和周期比对结构2个水平方向的地震反应的影响较小, 而对上部结构角部最大层间位移和结构的扭转反应有较大影响;隔震层的偏心距对结构2个水平方向的地震反应有一定影响, 对隔震层中隔震支座的最大水平位移和结构的扭转反应有显著影响。

3 总结

结合前人研究的成果, 对偏心隔震结构的特性进行总结。从文献查阅发现, 可以把偏心隔震结构研究的内容分为以下几类:⑴计算模型;⑵地震输入;⑶参数分析;⑷扭转放大系数。

计算模型方面, 主要采用简化计算的刚片串联模型、考虑摆动效应的质点模型、三维空间计算模型。各种模型都有计算的服务特点, 一般仅仅分析考虑平-扭耦合效应时刚片串联模型应用较广泛, 而考虑上部结构及隔震层损伤应使用空间三维计算模型, 而对于高宽比较大的结构, 建议使用考虑摆动效应的质点模型或三维模型。

在研究地震输入对偏心隔震结构影响时, 有必要对单向、双向、三向等进行方向角输入以确定不利的扭转放大效应;而具体到地震波特性, 其场地、频谱特性、持时、振幅对偏心隔震结构的影响也有待研究。需要指出的是, 实际的地震也具有随机特性, 虽然已有研究人员对隔震结构的随机性[48,49,50]进行过研究, 但是对偏心隔震结构的随机性及考虑强非线性的偏心扭转时的研究也并不充分。

参数研究相对比较复杂, 比较重要的参数有:上部结构质量刚度偏心距、隔震结构质量刚度偏心距。已有的研究认为隔震层无偏心, 上部结构有偏心对隔震效果有影响, 由于对隔震层及上部结构反应都有影响, 变化规律需要进一步研究。一般的研究思路是上部结构对称研究隔震层偏心的影响, 文献[32]对此作了方案设计, 发现偏心距、偏心位置都对结构反应影响, 但是总能选出反应较小的一种方案。目前研究仅对上部或隔震层偏心距或位置进行研究, 而对于两者同时存在偏心的情况有待进一步研究。

对于隔震结构而言, 实际上无论是对称还是非对称结构都有减小地震反应, 对非对称结构具有减小扭转反应的效果, 一般其抗侧刚度较小, 所以扭转周期相对于平动周期不大, 所以比较关心的是对隔震层峰值位移的影响, 尤其是边缘支座峰值位移由于扭转效应存在, 一定程度会放大峰值位移, 即所谓扭转放大系数问题, 这个反应对于工程实践有重要意义, 有必要进一步研究其取值大小, 具体建议结合前面三个问题综合探讨。

4 展望

本文对偏心隔震结构的研究进展进行了评述。虽然我国学者在该领域做了很多工作, 但是还有一些关键问题仍然有待研究:

⑴评价非线性结构体系的扭转效应。由于结构扭转效应与结构的动力特性相关, 而隔震结构属于非线性结构, 动力特性与其隔震支座非线性参数有关, 而且扭转动力特性在不同地震波作用下表现不同的结果。为了给出恰当合理的指标来衡量非线性结构体系的扭转效应, 应对不同参数进行深入研究。

⑵地震波与偏心结构扭转效应关系。虽然已有学者开始探讨这个问题, 但是限于地震波特性的规律尚缺乏实质的定量描述, 很多也是地震波统计的结论, 尤其在将不同场地地震波统计计算也发现, 需要选择合理的参数指标描述地震波的能量、频谱特性;而结构扭转效应与地震波特性密切相关, 因此有必要结合起来一起研究, 总结两者的固有规律。由于地震波具有多维特性, 而减震装置或减震体系对地震多维性很敏感, 会出现复杂的动态力学行为, 如倾覆-扭转耦合效应等, 值得进一步研究。

⑶扭转效应对偏心隔震结构地震反应影响。已有研究表明隔震结构具有减缓非对称结构扭转效应的作用, 但是也有学者指出相对于对称结构而言, 减震效果受到影响, 而这个影响没有给出可以在工程中实践应用的系数。由于扭转放大系数与结构的偏心距、偏心位置、结构质量刚度分布等众多参数相关, 要想给出定量的范围, 应进行大量计算分析。

⑷偏心隔震结构扭转破坏机理。在强烈地震作用下人们比较关心非对称结构是否能屹立不倒, 所以应对使用隔震技术的非对称结构进行扭转破坏分析。由于普通非对称结构相对于对称结构而言扭转效应明显, 受地震作用易于破坏;尤其在地震作用下, 结构破坏机理复杂, 要想保证结构真正安全, 扭转效应对结构破坏的影响也有必要进一步研究。●

摘要：不规则结构及隔震层偏心会使结构产生扭转效应, 扭转效应对结构地震反应产生不利影响, 因此有必要研究偏心隔震结构在地震作用下的动力特性及反应特征。本文对近年来国内外学者的研究成果进行了归纳总结。结合前人研究成果, 指出关于模型选择、地震输入、参数影响及扭转放大系数四个方面的关键问题, 以及提出重点的研究内容。最后对偏心隔震结构的研究进行了展望。

关键词：偏心隔震结构,扭转效应,研究进展

参考文献

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[2]范立础.桥梁隔震设计[M].北京:人民交通出版社, 2001.

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[4]Skinner, R.I., Robinson, W.H., Mcverry, G.H.工程隔震概论[M].谢礼立、周雍年、赵兴权译.北京:地震出版社1996

[5]曾德民.橡胶隔震支座的刚度特征与隔震结构的性能试验研究[D].北京:中国建筑科学研究院, 2007.

[6]Fujita.High Damper Rubber Bearings for SeismicAnalysis of Base-isolated RC Frame Structures[J].Earth-quake Engineering and Structural Dynamics, 1998, 28:633-653.

[7]Feng D.M, Miyama, T, Tsugio., etc.A New AnalyticalModel for the Lead Rubber Bearing[C].12WCEE, New Ze-land, 2000.

[8]和田章.免震构法の适用にぉける新しぃ动き[A].免震构造の研究と设计[C], 1996:123-128.

三维隔震结构的地震响应分析 篇5

基础隔震是被动控制的一种——在结构基础顶面和上部结构之间安装一层具有足够可靠性的隔震层, 将结构基础和上部结构隔离开, 可有效控制地面运动向上部结构的传递。建筑的基础隔震技术经过近几十年的发展, 如今已进入实用阶段。目前, 国内外已建成数百上千的隔震建筑, 但是关于竖向地震作用对隔震建筑的影响尚处于研究阶段。

本文将基础隔震技术对水平地震分量的控制称为水平隔震, 而对水平地震分量、竖向地震分量共同作用的控制称为三维隔震。本文将通过一个实例分析, 阐述竖向地震分量对基础隔震建筑的作用, 进而提出一种三维隔震体系, 并通过与水平隔震体系的对比, 表明此三维隔震体系对三向地震作用的有效控制。

1 分析模型的建立

1.1 结构简介

计算结构为规则的3层混凝土框架, X向为三跨, Y向为两跨, 每跨皆为6m。柱的截面尺寸为500×500mm, 梁的尺寸为500mm×300mm, 板厚为100mm, 采用C30混凝土。层高皆为3m。抗震设防类别为乙类, 场地类别为Ⅱ类, 设防烈度为8度, 地震基本加速度为0.2g。

1.2 水平隔震层

水平隔震层由水平隔震支座以及一块厚度为0.12m的楼板构成, 水平隔震层的框架梁尺寸亦为500×300mm。所有柱子底部皆布置铅芯叠层橡胶隔震支座。在SAP2000软件中, 水平隔震支座用。

1.3 竖向隔震层

竖向隔震层独立布置于水平隔震之上, 由竖向隔震支座、导轨以及厚度为0.15m的楼板构成。竖向隔震支座由钢弹簧和粘滞阻尼器并联构成。导轨的作用在于将水平地震分量与竖向地震分量解耦, 即当水平地震分量单独作用时, 三维隔震结构同水平隔震结构并无太差异;而竖向地震分量单独作用时, 竖向隔震支座将发挥其隔震减震的功能;水平、竖向地震分量同时作用于结构时, 水平隔震支座、竖向隔震支座将独立地发挥其各自功能。

1.4 输入地震波

选取Ⅱ类场地适用的EI-Centro波作为时程分析的地震波输入, 持续时间为30s, 时段大小为0.02s, 加速度峰值为341.7cm/s2。根据我国现行抗震规范中规定:此结构采用三向 (两个水平和一个竖向) 地震波输入时, 其加速度最大值按1 (水平1) :0.85 (水平2) :0.65 (竖向) 的比例调整。

2 三维隔震结构的地震反应分析

2.1 三种结构形式的自振周期

表2是三种形式的结构前六阶振型的自振周期数据, 可以看出水平隔震明显延长了结构的自振周期, 而三维隔震结构与水平隔震结构相比, 前六阶的主振型的自振周期相差不大。

2.2 竖向地震分量对水平隔震结构的作用

对水平隔震结构分别只施加X、Y两向地震波, 对比同时施加X、Y、Z三向地震波的情况, 分别取顶层X向加速度的时程作图如下:

从图5中可以看出, 在高烈度地区, 竖向地震分量对水平隔震结构的影响是不能忽略的。三向地震波同时作用于水平隔震结构时产生的顶层X向的加速度时程的峰值为545.6cm/s2, 而仅对其施加水平地震波时顶层X向的加速度时程的峰值为453.4cm/s2。

2.3 三维隔震结构的减震效果

分别对水平隔震结构、三维隔震结构施加三向地震波, 考查各自的顶层X向加速度时程, 作图如图6:

由图6可知, 和水平隔震结构相比, 三维隔震结构由于设置了竖向隔震层, 使结构在三向地震作用下的反应明显削弱, 其顶层X向加速度时程的峰值为340.1 cm/s2。

结语

本文基于水平隔震结构的基础之上, 提出了一种新型的三维隔震结构, 用于减弱高烈度区竖向地震分量对于结构的作用。通过SAP2000软件建模分析, 可知竖向地震分量对于隔震结构的影响较大;而三维隔震结构可以有效减弱这一反应。

三维隔震结构尚处于研究阶段, 目前国内外并无太多的工程实践。其关键的问题在于竖向隔震层的竖向隔震支座的选取是否合适, 以及竖向隔震层导轨的抗弯刚度是否足以抵抗上部结构的倾覆弯矩。总之, 三维隔震结构的抗震性能还有待进一步的实验研究与分析。

参考文献

[1]周福霖.工程结构减震控制[M].北京:地震出版社, 1997.

[2]GB50011-2010.建筑结构抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2010.

[3]熊世树.三维基础隔震系统的理论与试验研究[D].武汉:华中科技大学, 2004.

隔震结构优化设计研究进展 篇6

关键词：隔震结构,优化设计,分灾设计,地震

目前关于隔震结构体系优化设计的研究还相当匮乏[1], Kelly和Inaudi[2]对线性隔震结构的最优阻尼参数进行了研究分析。Sinha和Li[3]分别建立了橡胶支座调谐吸振器、滑移摩擦隔震结构吸振器在地震激励下的微分方程式。Park和Otsuka[4]完成了隔震支座最优屈服系数OYR的拟合公式。虽然隔震结构在预防地震灾害方面有着相当的影响, 然而, 目前对隔震结构的优化处理仍然处于基础研究的水平, 工程实际中的应用也相对匮乏, 因此, 研究出能应用于工程实际的优化理论十分必要。

1 隔震结构与优化设计

经过大量理论及工程实例的研究, 基础隔震技术在结构抗震方面是行之有效的[5]。虽然隔震结构对抗震减灾方面发挥着重大的作用, 但是由于其前期的投入比一般的抗震结构投入高, 隔震结构在生活中的应用没有达到普遍使用的程度。为了促进隔震结构在现实生活中的大量应用, 降低隔震结构的费用, 优化隔震结构的参数, 成为了目前需要解决的首要问题。

优化设计[6]是在满足设计要求的各项约束条件的前提下使目标函数获得最优的最好方案。包括结构的功能优化设计、选型的优化设计、设防水平决策的优化设计和最优设计水平条件下的最小造价方案设计四个层次的内容。

从对结构的影响程度而言[7], 结构的功能优化和结构的选型优化虽然都相当重要, 但目前还没有行之有效的方法, 只停留在经验阶段, 仍然需要大量长期的研究。

李忠献[8]提出得空间复模态时程分析法, 对耗能器的参数及其分布进行了优化分析。周云[9]对粘弹性耗能器的设置分布进行优化控制研究, 提出5种不同的优化设计方法。徐赵东[10]将结构层间位移作为控制函数进行优化设计。吴泽厚、周福霖[11]运用了复形法对耗能支撑框架结构进行相关的参数优化。唐家祥、黄铭枫[12]采用遗传算法对粘弹性耗能器的分布位置进行优化。李正良[13]对耗能减震结构耗能器布置提出了一种分段优化方法。

结构优化理论在抗震设计中的研究日益深入, 程耿东[14]倡导将其应用于实际设计, 隔震结构的优化设计有益于工程师把握设计原则, 提高设计质量, 利用有限资源, 以避免出现“顾此失彼”的优化设计。李建中、袁万城等[15]认为在连续梁桥减、隔震优化设计中采用优化方法设计减、隔震支座是可行的, 优化设计的减震支座减震效果明显。基震设计是符合“投资-效益”准则的。

2 结语

浅谈地下结构的隔震技术 篇7

地下结构包括的范围十分广阔。比如山区隧道、大型地下仓库、地下发电站等, 由于这些设施至今没有采用隔震技术的实例, 因此本文所牵涉的地下结构只是针对已采用隔震技术的城市软弱场地的隧道。地下结构的地震反应与建筑物、桥梁这样的地上结构的不同。从宏观上有以下特点:1) 地下结构材料的密度与场地土的密度相差不大或比场地土还要小, 因此惯性力的影响较小;2) 地下结构受周边场地土的约束, 因此本身不会引起共振, 即使引起共振, 也会因为周边的场地土作用很快衰减, 因此地下结构不存在固有周期及共振的问题;3) 基于以上特点, 地下结构的地震反应基本上与周边场地土的地震反应相同。结构的地震加速度也与周边的场地土的加速度相同, 不会因为地下结构而放大地震反应。然而从微观上说, 由于地下结构占据空间巨大, 所以周边场地土的变形也不是完全一样的, 而结构随场地土的变形而产生变形, 会导致由场地土作用到地下结构上的动压力。因此对地下结构来说, 地震作用实际上表现为场地土的剪切变形导致的强制位移。这三个特点就是地下结构的地震反应特点。从场地的深度方向来说, 因为场地土的水平变形量不同, 导致产生剪切变形作用于地下结构。从地下结构的纵向来看, 因为场地土土质差异导致地下结构纵向场地土位移不均匀, 使得地下结构受到弯曲以及剪切作用。日本现在的地下结构的抗震设计都是基于以上特点开展的。基本做法是, 在确定隧道周边场地的地震稳定性的基础上, 通过地下结构与场地土的共同作用分析来确定隧道纵向及横向的地震作用。

2 地下结构隔震设计现状

2.1 地下结构隔震的定义

建筑物以及桥梁等地上结构的隔震设计是通过在基础与结构之间设置隔震装置来延长结构的周期达到减少地震反应的目的, 也就是说在结构与基础之间设置滑移层来绝缘部分地震能量。而地下结构不可能与场地土分离而单独得出其地震反应, 因此通过延长结构周期达到减少地震反应是不可行的。同时, 地下结构整体覆盖在场地土下, 也无法设置隔震支座与阻尼器等隔震装置。现在减少地下结构的地震反应方法可分为柔性结构设计、损伤控制技术和隔震技术三大类。柔性设计方法是在地下结构结合部以及竖井连接处设置柔性连接缝来吸收场地土的剪切变形。该方法不只是作为抗震措施, 也是防止不均匀沉降的方法。其使用的历史很长, 也开发了大量的产品。损伤控制技术是将地震损失尽量控制在特定的部分来保护整体地下结构的方法。在兵库县南部地震隧道灾害后提出的在中柱上段设置铰的方法就是基于此。可以看出, 以上两种定义都是为了直接减少地震能量的输入, 通过在地下结构与周边场地土之间设置隔震层来实现隔震的方法。

2.2 地下构造隔震的现状

地下构造采用的隔震措施, 可分为在地下结构与周边场地土之间设置比周边土更加柔软的隔震层的方法和在地下结构与周边场地土之间或者一部分设置滑移面两种方法。两种方法都是以限制场地土的剪切变形及摩擦力直接传递到地下结构为目的。类型A是在隧道外围与场地土之间设置比场地土刚度要小很多的隔震层材料实现隔震目的。通过隔震层来吸收场地土的剪切变形, 消除作用在隧道上的地震强制位移。隔震层的刚度以及设置的厚度采用平面有限元法来确定。隔震层的材料要具备以下特点:1) 与场地土相比剪切模量小;2) 剪切变形能力大;3) 具有长期的稳定性;4) 注入时、注入后、硬化后的体积变形量小;5) 防水性能好;6) 场地土产生液化时不会产生分离;7) 易填充;8) 不溶于地下水;9) 填充以及填充后不会在周边场地产生有害物质。

注:类型B, D已在实际工程中应用。

通过数值分析认为, 只要隔震层的刚度是周边场地土的1%以下就能取得良好的隔震效果。如果周边场地土的剪切模量是50N/mm2, 那么隔震材料的刚度可设定为0.5N/mm2。

类型B基本与类型A相同。区别在于其适用于隧道的纵向、构造结合部位, 竖井与隧道的结合部位。类型在一实际工程中已有应用, 该工程为一外径为10.5m、厚度为25cm的盾构式隧道。采用剪切模量为0.5N/m m2硅胶隔震材料, 隔震层厚度设计值为7cm, 注入后实测为8cm。该工程为世界上首例隔震地下结构。

类型C是在矩形断面上部设置柔性隔震层。其目的是为了减少上部覆盖土的地震惯性力。表3是类型C采用的隔震层材料和重量比。表中重量比含义:若乳状沥青是100的话, 那么早强混凝土就用3~15, 膨润土用14。通过调整混凝土量来控制隔震层的刚度。对于既有地下结构采用高压喷射注入。该方法虽已经通过试验验证, 但还未在实际工程中采用。类型D是在隧道的两侧加入柔软的材料作为隔震层。该隔震层可以通过减少夹在隔震层之间的土层的剪切变形来减少地下结构承受的地震作用。隔震层采用聚乙烯醇为主要成分的聚合物材料。这种材料的刚度与沙子的比小于1/500, 与土混合就可形成柔性很高的聚合土材料。该隔震方法已在横滨市营地铁中川站抗震加固工程中采用。

3 地下结构隔震存在的问题

地下结构现在采用的隔震手法虽然已在实际工程中采用, 振动台试验也证明了其有效性, 但是普遍认为在以下情况下无法发挥隔震效果, 不建议采用:1) 覆盖土层薄;2) 易液化的场地土;3) 采用隔震层而导致场地沉降。头两条根据隔震原理就可以得出结论, 第三条是采用隔震后有可能导致其他问题的情况。因为地下结构的复杂性, 这些问题有待于今后的研究。