世界地震工程

减隔震技术让生活更加安全 地震科技“震”样

 

小编说:

本周是全国科技活动周,为了让大家更加了解地震科技发展,我们推出“地震科技‘震’样看”专栏,通过系列文章和视频,向您展示地震速报、地震预警、减隔震技术、活动断层探察等防震减灾科技创新成就。希望让您了解到,地震科技服务大众,一直在您的身边。

我国是世界上地震灾害最为严重的国家之一,唐山大地震、汶川地震、青海玉树地震、云南鲁甸地震,每一次强震都给我们留下了惨痛的记忆与深刻的教训。

随着社会发展及科学技术的进步,人类对地震灾害的预见和预防工作更加重视,如何“从注重灾后救助向灾前预防转变”、“从减小灾害损失到减轻灾害风险转变”也更加迫切。

我国是世界上每年新建建筑数量最大的国家,同时也是遭受地震灾害影响最大的国家之一。如何提升建筑工程结构抗震能力,已成为摆在我国工程技术人员面前的迫在眉睫的重要任务。

地震造成房屋建筑破坏

现阶段,我国建筑工程主要采用了三种抗震方法,通俗来讲,一种是通过加粗柱子、多加钢筋的传统方法,提高建筑结构的强度来“抗震”;另一种是将建筑物某些非承重部分设计成效能杆件或通过装设效能装置来进行“减震”;第三种是通过在地基与柱子之间加钢板橡胶垫的方法来进行“隔震”。

第一种方法,也就是传统的、依靠增加结构的强度和延性变形能力来抵抗地震的结构抗震设计方法,增加了建造费用和施工难度,并且在高烈度的地震实例中,抗震设计的概念难以满足结构的抗震需求。

减隔震技术及相关产品可有效提升建筑抗震性能,让房屋建筑水平“跑”在灾难发生之前,从而让减轻地震灾害的破坏性成为可能。

减隔震技术的原理

减隔震技术所持有的核心思想就是,想尽办法让建筑物主体结构在发生地震时,能与可能造成结构破坏的地面震动隔离开来。为实现这一目标,采取的方法为延长结构周期,在一定范围内,规避开地震卓越周期,使地震能量尽可能少地传输到建筑主体结构中,以此减少地震造成的损失。

减震是利用结构耗能减震技术,通过在结构物中设置耗能装置,在主体结构进入非弹性状态前进入耗能状态,通过一系列的变形摩擦使得输入结构体系的总能量得以耗散减少,主体结构承受地震能量越小,其因地震导致的破坏就越小,从而有效地保护了主体结构的完整性,达到抗震的目的。主要措施包括采用高延性构件、提高结构阻尼、设置节点耗能装置等。

隔震是在建筑物上部结构与基础之间加一层橡胶和钢板隔层叠加的隔震支座柔软层,通过延长结构自振周期,避开地面振动共振区,从而隔离地震,阻止地震能量向上传递。工程中常用的隔震方式有两种,一是“积极隔震”,用隔震器将震源与基础隔离开来,减小传递给基础的力;二是“消极隔震”,即阻止震动的输入,常用的方式是设置隔震层。

隔震示意图

中国工程院院士周福霖曾将隔震生动的比作水托着海上行驶的船。地震时船体与震动的海面之间隔着柔软的水层,船体只会慢慢摇摆,加在船体的地震冲击力被卸去。

建筑结构减隔震技术的应用意义

建筑物容易遭受地震损害的原因,是因为地震能量来自于地面,地面剧烈振动的时候,会同时引发建筑物的剧烈抖动,破坏也随之出现。应用减隔震技术,能将地震速度反应降低,在极大程度上减少地震对建筑物、对室内设施、对人员的损害与威胁,保障人们的生命财产安全。

非隔震结构与隔震结构的变形对比图

从非隔震结构与隔震结构的变形对比图,我们可以看出,左边没有应用减隔震技术的建筑结构,在发生地震后,地震作用力被直接传送到了建筑本体结构上,建筑发生严重变形。而应用了减隔震技术的建筑结构,在遇到地震的时候,其结构变形程度十分小,地震的作用力大部分被隔震装置消耗了。

从统计数据来看,应用了减隔震技术的建筑与未应用减隔震技术的建筑在抗震能力方面具有明显差异。应用了减隔震技术的建筑在遇到地震时,只会发生轻微的倾斜,建筑物内部的设施、器具等物品都不会遭受太大损伤,而未应用减隔震技术的建筑在遇到地震时,会造成严重的破坏,建筑物内部也不能幸免。