工程結(jié)構(gòu)抗震：第七章 工程結(jié)構(gòu)的隔震與減震

1、第七章 工程結(jié)構(gòu)的隔震與減震第一節(jié) 結(jié)構(gòu)控制的基本概念一、抗震理論的發(fā)展階段 1靜力理論，即抗側(cè)力系數(shù)法剛性結(jié)構(gòu)體系，無法真正實(shí)現(xiàn)2彈性地震反應(yīng)譜分析方法設(shè)計(jì)思想：“小震不壞，大震不倒”延性結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)用日益受到限制3結(jié)構(gòu)控制理論：初期發(fā)展和初步應(yīng)用階段結(jié)構(gòu)控制主要研究結(jié)構(gòu)工程中控制裝置的設(shè)計(jì)理論、方法及其實(shí)施。控制結(jié)構(gòu)是根據(jù)給定的控制條件將結(jié)構(gòu)和控制裝置作為一個(gè)整體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)控制可分四類（1）被動(dòng)控制：不需要外部提供能源 上部減震：如調(diào)頻質(zhì)量阻尼器、耗能裝置等 基礎(chǔ)減震：即基礎(chǔ)隔震（2）主動(dòng)控制：需要外部提供能源（3）半主動(dòng)控制：僅需少量外部能源（4）以上幾種控制類型的組合二、不同結(jié)

2、構(gòu) 體系地震 反應(yīng)比較二、不同結(jié)構(gòu) 體系地震 反應(yīng)比較第二節(jié) 基礎(chǔ)隔震一、基礎(chǔ)隔震模式豎向支承機(jī)構(gòu) 水平隔震機(jī)構(gòu)阻尼機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)地基上部結(jié)構(gòu)隔震層 基礎(chǔ)隔震建筑基本模式基礎(chǔ)隔震與傳統(tǒng)抗震房屋的反應(yīng)對比二、隔震機(jī)構(gòu)及隔震原理1 疊層鋼板橡膠支座隔震（1）普通疊層鋼板橡膠支座（3）高阻尼疊層鋼板橡膠支座（4）堆疊型疊層鋼板橡膠支座 （2）鉛芯疊層鋼板橡膠支座隔震基本原理（1）延長結(jié)構(gòu)基本自振周期，遠(yuǎn)離場地卓越周期，使結(jié)構(gòu)基頻處于地震能量高的頻段之外，從而有效地降低建筑物的地震反應(yīng)。（2）適度增大橡膠支座的阻尼，以更多地吸收傳入結(jié)構(gòu)的地震能量，抑制地震波中長周期成分可能給建筑物帶來的大變形。2滑動(dòng)支座隔

3、震（1）普通滑動(dòng)支座（2）雙層滑動(dòng)支座（3）回彈滑動(dòng)支座隔震基本原理：通過隔震層控制傳入上部結(jié)構(gòu)的地震力，地震力不超過隔震層摩擦力2滑動(dòng)支座隔震2滑動(dòng)支座隔震3螺旋彈簧支座隔震4滾動(dòng)支座隔震5擺動(dòng)柱隔震6曲面減震支座隔震第三節(jié) 結(jié)構(gòu)消能減震一、消能減震原理結(jié)構(gòu)在地震中任意時(shí)刻能量方程為 傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu) Ein=EV+ EK + EC + ES 消能減震結(jié)構(gòu) Ein=EV+ EK + EC + ES + ED 式中 Ein 地震過程中輸入結(jié)構(gòu)體系的能量；EV 結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)能；EK 結(jié)構(gòu)體系的彈性應(yīng)變能（勢能）；EC 結(jié)構(gòu)體系本身的阻尼耗能；ES 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈塑性變形消耗的能量；ED 消能裝置或消能

4、元件消耗或吸收的能量。（a）地震輸入 （b）傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震 （c）效能減震結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)地震能最轉(zhuǎn)換途徑對比二、消能減震機(jī)構(gòu)消能減震體系：把結(jié)構(gòu)物的某些非承重構(gòu)件設(shè)計(jì)成消能桿件，或在結(jié)構(gòu)的某些部位裝設(shè)消能裝置。消能裝置按照其構(gòu)造形式可以做成（1）消能支撐：替代一般的結(jié)構(gòu)支撐（2）消能剪力墻：替代一般的結(jié)構(gòu)剪力墻（3）消能節(jié)點(diǎn)：在結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)處裝設(shè)消能裝置（4）消能聯(lián)結(jié)：在結(jié)構(gòu)的縫隙處或結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的聯(lián)結(jié)處設(shè)置消能裝置（1）消能支撐：替代一般的結(jié)構(gòu)支撐（2）消能剪力墻：替代一般的結(jié)構(gòu)剪力墻（3）消能節(jié)點(diǎn)：在結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)處裝設(shè)消能裝置消能裝置的功能：當(dāng)構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)發(fā)生相對位移或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生較大阻尼，從而發(fā)揮

5、消能減震作用。消能裝置的消能形式（1）摩擦消能：摩擦消能支撐，摩擦節(jié)點(diǎn)（2）鋼件（梁、板、棒）非彈性消能裝置（3）材料塑性變形消能：鉛阻尼器（4）材料粘彈性消能裝置（5）液體阻尼消能：液體阻尼缸（6）混合式：幾種消能形式混合應(yīng)用。三、消能減震設(shè)計(jì)法循環(huán)設(shè)計(jì)法：根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行循環(huán)多次的設(shè)計(jì)計(jì)算，不斷調(diào)整消能構(gòu)件或消能裝置的設(shè)計(jì)和布置，直到滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。第四節(jié) 調(diào)諧阻尼器減震一、調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)減震機(jī)理:將結(jié)構(gòu)振動(dòng)的部分能量吸收到自己身上，轉(zhuǎn)化成自身的動(dòng)能和阻尼耗能。二、調(diào)諧液體阻尼器(TLD、TLCD) 減震機(jī)理：結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)帶動(dòng)阻尼器中的液體晃動(dòng)，通過結(jié)構(gòu)與阻尼器之間的相互作用實(shí)現(xiàn)減震

6、。被動(dòng)調(diào)諧阻尼器一般安裝在結(jié)構(gòu)頂層。第五節(jié) 主動(dòng)控制工作流程第八章 橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì) 第一節(jié) 橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本知識 一、梁式橋震害表現(xiàn)及原因 1上部結(jié)構(gòu)震害(1)由于橋墩傾倒而引起落梁(2)由于梁柱之間的相對錯(cuò)位而引起的落梁(3)由于上部結(jié)構(gòu)橫向位移和轉(zhuǎn)動(dòng)引起落 2下部結(jié)構(gòu)震害 橋墩、橋臺(tái)、支座破壞二、抗震設(shè)計(jì)的基本知識 (一)公路工程重要性分類 第一檔次：高速公路和一級公路上的抗震重點(diǎn)工程；第二檔次：高速公路、一級公路的一般工程和二級公路的抗震重點(diǎn)工程以及二三級公路上橋梁的支座。第三檔次：二級公路上的一般工程和三級公路上的抗震重點(diǎn)工程以及四級公路上的梁端支座、梁端連接、支檔措施； 第四

7、檔次：三級公路上的一般工程和四級公路上的抗震重點(diǎn)工程；第五檔次：四級公路上的一般工程。 (二)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn) 公路工程的設(shè)防依據(jù)是基本烈度。1. 在基本烈度為7，8，9度地區(qū)的抗震設(shè)計(jì)，根據(jù)我國交通部標(biāo)準(zhǔn)公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行；2. 對于大于9度的地區(qū)，應(yīng)進(jìn)行專門研究；3. 基本烈度為6度的地區(qū)，除國家特別規(guī)定外，可采用簡易設(shè)防，或不進(jìn)行抗震驗(yàn)算。 (三)抗震設(shè)防目標(biāo) 按規(guī)范要求進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的公路工程在發(fā)生與之相當(dāng)?shù)幕玖叶鹊卣鹩绊憰r(shí)1. 位于一般地段的高速公路、一級公路工程，經(jīng)一般整修即可正常使用；2. 位于一般地段的二級公路及位于軟弱粘性土層或液化土層上的高速公路、二級公路工程，經(jīng)短期搶修

8、即可恢復(fù)使用；3. 三四級公路工程和位于地震危險(xiǎn)地段、軟弱粘性土層或液化土層上的二級公路以及位于抗震危險(xiǎn)地段的高速公路、一級公路工程，保證橋梁、隧道及重要的構(gòu)造物不發(fā)生嚴(yán)重破壞。(四)抗震設(shè)計(jì)基本要求 1選擇對抗震有利地段布設(shè)線路和選定橋位； 2避免或減輕在地震影響下因地基變形或地基失效對公路工程造成的破壞；3本著減輕震害和便于修復(fù) (搶修)的原則，確定合理的設(shè)計(jì)方案: (1) 盡量減輕結(jié)構(gòu)的自重和降低其重心，以減小結(jié)構(gòu)物內(nèi)力，提高穩(wěn)定性。 (2) 力求使結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量中心與剛度中心重合，以減小在地震中因扭轉(zhuǎn)引起的附加地震力，(3) 應(yīng)協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)物的長度和高度，以減少各部分不同性質(zhì)的振動(dòng)所造成的危

9、害作用。(4) 適當(dāng)降低結(jié)構(gòu)剛度，使用延性材料提高其變形能力，從而減小地震荷載。(5) 加強(qiáng)地基的調(diào)整和處理，以減小地基變形和防止地基失效。4加強(qiáng)結(jié)構(gòu)物的整體性。(四)抗震設(shè)計(jì)一般規(guī)定 1下列構(gòu)造物可不進(jìn)行抗震強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算，但應(yīng)采取抗震措施（1）簡支梁的上部構(gòu)造；（2）基本烈度低于9度，基礎(chǔ)位于I、II類場地上的跨徑不大于30m的單孔板拱拱圈；（3）基本烈度低于8度，二、三、四級公路上位于非液化土和非軟弱粘性土地基上的實(shí)體墩臺(tái)。2驗(yàn)算橋梁的抗震強(qiáng)度和穩(wěn)定性時(shí)，地震荷載應(yīng)與結(jié)構(gòu)重力、土的重力和水的浮力相組合，其它荷載可不考慮。 3計(jì)算橋梁地震荷載時(shí)，應(yīng)分別考慮順橋和橫橋兩個(gè)方向的水平地震荷載

10、。對于位于基本烈度為9度區(qū)的大跨徑懸臂梁橋，還應(yīng)考慮上、下兩個(gè)方向豎向地震荷載和水平地震荷載的不利組合。4立體交叉的跨線工程，其抗震設(shè)計(jì)不應(yīng)低于下線工程的要求。5季節(jié)性河流上的橋梁，可不考慮水流影響；常年有水的河流上的橋梁，應(yīng)按常水位計(jì)算水的浮力；位于常水位水深超過5m的實(shí)體橋墩、空心橋墩的抗震設(shè)計(jì)，應(yīng)計(jì)入地震動(dòng)水壓力。6梁橋下部結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)的地震荷載。其作用點(diǎn)的位置，順橋向?yàn)橹ё斆妫粰M橋向?yàn)樯喜拷Y(jié)構(gòu)質(zhì)量重心。7位于非巖石地基上的梁橋橋墩抗震設(shè)計(jì)，應(yīng)計(jì)入地基變形的影響。8地震荷載的計(jì)算法，一般情況下橋墩應(yīng)采用反應(yīng)譜理論計(jì)算，橋臺(tái)采用靜力法。對于結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜、橋墩高度超過30m的特大橋梁，可采用時(shí)程分析法。 第二節(jié) 橋梁結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析方法 一、靜力法 假設(shè)結(jié)構(gòu)為一剛體，把慣性力作為靜力作用在結(jié)構(gòu)上。計(jì)算公式F=kW 式中W為結(jié)構(gòu)總重量或結(jié)構(gòu)中某一部分的重量； k水平地震系數(shù)，即地面運(yùn)動(dòng)加速度峰值與重力加速度的比值。 二、反應(yīng)譜法 把建筑設(shè)計(jì)反應(yīng)譜中的地震影響系數(shù) 分為兩項(xiàng)： 1. 地震系數(shù)K：根據(jù)基本烈度確定。 2. 動(dòng)力放大系數(shù) ：根據(jù)場地類別、結(jié)構(gòu)自振周期確定 (1)當(dāng)