隔震支座小知識

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所屬分類:減隔震百科
談到地震,想必大家都不陌生,無論是2008年的“5.12汶川地震”還是2011年的“3.11東日本大地震”都給人留下了深刻的印象。在公眾號之前的一篇文章《汶川十年|和百度百科不一樣的地震科普》中也提過即便目前來看地震是不可預測的(可預警),但也可以通過很多的措施以實現將損失減小到最低。

隔震結構就是這樣一種措施。

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隔震結構的歷史可以追溯到1870年,加利福尼亞州舊金山市的Jules Touaillon 在進行一項建筑改造工程中開創性提出隔震的概念,通過在兩塊表面凹陷的中間加入小球,減少地震作用對上部結構的影響。

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Jules Touaillon 的隔震建筑

地震分為橫波和縱波,通俗理解,橫波使建筑物水平晃動,縱波使建筑物發生豎向晃動,而且往往給建筑物帶來嚴重破壞的是橫波

因此,這位叫Jules Touaillon的大師想出了用小球隔斷建筑與基礎的做法,任由基礎左右晃動,上部建筑好像都不是那么地“聽話”。

也許覺得用小球的方式過于的草率,看起來房屋被截成了兩段也不是那么的安全,瑞士人Seigenthaler在南斯拉夫柏斯坦勞奇小學的改造中首次提出將厚橡膠墊作為隔震支座

后來為了更好地支撐上部結構并實現在水平地震作用下變形后自動復位,又有學者陸續提出在厚橡膠支座中加入鋼板鉛芯,也就是被廣泛應用于建筑中的鉛芯橡膠隔震支座

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鉛芯橡膠隔震支座

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支座安裝示意

為實現中國特色社會主義的四個自信,在這里就不得不提我國隔震界的權威、被譽為現代“張衡”(來源于百度百科)的周福霖院士。其1993年在汕頭主持完成我國第一棟橡膠支座的8層隔震住宅這也是當年世界最高的隔震住宅,聯合國工發組織為此在汕頭召開國際會議,向世界各國推廣了這種技術,稱之為“世界隔震技術發展的第三個里程碑”。

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23個橡膠支座撐起“中國隔震第一樓”

雖然這些看上去都很厲害,也被自己寫在了開題報告里,但其實并不是我論文的方向,因為我研究的是豎向隔震.......

其實對于大部分建筑結構而言,抗震設計規范是不要求計算豎向地震作用的,恰巧的是,研究室之前大量研究的大跨度網殼結構(想想體育館、展覽館的屋頂)恰好不屬于這個不需要的范疇。

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網殼結構(ANSYS)

說了這么多,好像終于要切入正題了,下面就開始簡單介紹一些高大上而有趣的隔震支座。

1

電磁懸浮技術

2014年,福州市規劃設計研究院夏昌開發一種基于電磁懸浮技術的結構豎向隔震裝置,工作原理是利用電磁鐵產生的可控吸力調整結構的振動。當地震發生時,結構接收到地震預警信號,啟動電磁控制裝置,對電磁鐵上的線圈輸入電流,使電磁鐵對銜鐵產生吸力,從而使得銜鐵和上部結構脫離基礎。當地震動傳至結構時,線圈電流根據位移傳感器測得的懸浮間隙實時改變,調節懸浮力的大小,從而降低上部結構的振動響應。

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電磁懸浮隔震支座

2

輪胎也能隔震

2018年,西南科技大學(綿陽,5.12地震重災區)孟慶利為改變我國村鎮建筑“小震大災”的特點,致力于尋找一種造價低廉, 構造簡單, 施工簡便, 后期維護成本低的隔震裝置。最后他的關注點落在了國內每年淘汰的上億條廢舊輪胎上。

廢舊輪胎墊的工作原理類似于疊層橡膠支座, 由于側向剛度較小, 可水平錯動, 在一定范圍內可恢復變形 ,并且考慮利用廢舊輪胎胎冠內的鋼絲網強度便不再在橡膠墊層間設置鋼板,造價低廉且具有較大環保意義

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3

輪胎可以,那空氣呢

氣壓支座又稱為空氣彈簧,其豎向隔震原理是:在密閉容器中加入壓力空氣,利用空氣壓縮的恢復力來提供阻尼和緩沖,此類裝置在隔震的主動控制領域具有極高的研究價值。空氣彈簧的缺點是結構復雜、對裝置的密閉性要求極高、維修和后期維護的費用高。

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金屬線纜空氣彈簧三維隔震裝置(Kageyama)

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另一種小球

和Jules Touaillon的小球不同的是,廣州大學劉逸的小球是橡膠球(如果腦洞大一點的話可以想象為比較硬的壓力球)。其工作原理其實非常簡單,通過鋼板的約束保證橡膠球在豎向力作用下的承載力和穩定性,同時通過橡膠球的變形耗散地震作用的能量實現隔震的效果。

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隔震支座小知識
集合球豎向隔震筒

知網搜索關鍵字“隔震支座”出來的結果實在過于豐富,自己作為一名小碩也只是看了大概100篇中外文獻,故事很多,有趣的只有一二,以后有機會可以再分享。

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