隔震結(jié)構(gòu)抗震分析方法綜述

劉暢 李海超

【摘 要】作為突發(fā)的自然現(xiàn)象，地震給人們造成了不可挽回的巨大損失，文章通過介紹地震的危害，引出新技術(shù)隔震結(jié)構(gòu)。指出了隔震結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成以及其對比傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)越性，并總結(jié)了近些年在期刊、專著或者是學位論文中在隔震結(jié)構(gòu)的抗震分析中使用到的幾種基本方法。文章最后，辯證的指出了目前隔震結(jié)構(gòu)研究還存在的問題，展望了不久的將來。

【關(guān)鍵詞】地震；隔震結(jié)構(gòu)；抗震分析

一、背景

地震是一種無法預測、發(fā)生突然性極強的自然現(xiàn)象，地震的發(fā)生伴隨著能量的釋放，這種能量給人類的生命和財產(chǎn)安全帶來了巨大的威脅，是人類面臨的最慘烈的自然災害之一。傳統(tǒng)的抗震主要集中在保證結(jié)構(gòu)本身具有足夠的剛度、強度和延性，以此來達到“小震不壞，中震可修，大震不倒”的要求。從而達到減輕地震災害的目的。然而，這種方法有很多不足之處，從1978年的唐山大地震以及2008年的汶川大地震來看原有的抗震模式在強震作用下表現(xiàn)出很多不足。隨著我國經(jīng)濟水平的飛速發(fā)展，許許多多的建筑材料的運用以及各種各樣的建筑物如雨后春筍般平地而起。怎樣最大限度的保證在強震作用下結(jié)構(gòu)能夠安全，不致使人民生命和財產(chǎn)安全遭受重大損害；如何保證在地震發(fā)生時建筑物內(nèi)的精密技術(shù)設備能夠正常運行而不會被地震對建筑物的破壞影響所損壞，這些都是研究人員共同面臨的一個現(xiàn)實而又重大的問題。而被我們所說的“工程結(jié)構(gòu)的減震控制技術(shù)”的產(chǎn)生及推廣應用（即隔震技術(shù)），從很大程度上滿足了結(jié)構(gòu)的使用性和安全性要求。從而隔振技術(shù)的研究和應用也成為一種未來結(jié)構(gòu)抗震的趨勢和潮流。

二、隔震的介紹和應用

隔震結(jié)構(gòu)體系是指在結(jié)構(gòu)物底部或某層間設置隔震裝置而形成的結(jié)構(gòu)體系，它包括上部結(jié)構(gòu)，隔震層和下部結(jié)構(gòu)三部分。隔震層可以有四個不同的布置位置，即基礎隔震，首層隔震，層間隔震和頂層隔震。

隔震結(jié)構(gòu)體系是區(qū)別于傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)體系的一種主動控制體系，通過設置隔震層來吸收并消耗地震時釋放的能量，減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應以此來確保結(jié)構(gòu)的安全。隔震結(jié)構(gòu)體系顛覆了傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)體系的耗能原理，也就是通過隔震層的耗能裝置來耗能、而不是結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身來吸收并消耗地震能量。這種優(yōu)越的耗能性能是傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)體系所不可比擬的。經(jīng)過近些年的研究，隔震技術(shù)在基礎理論和工程應用方面取得了豐厚的研究成果。

我國2010年頒布的抗震設計規(guī)范提出對多層隔震結(jié)構(gòu)房屋可以采用剪切型多質(zhì)點計算模型計算結(jié)構(gòu)的地震反應，對大高寬比的高層和超高層、塔型隔震結(jié)構(gòu)體系的計算模型等都沒有作說明。在一篇名為《夾層橡膠基礎隔震結(jié)構(gòu)動力分析》的碩士學位論文進行析基礎隔震結(jié)構(gòu)動力分析時，采用的是基本的多質(zhì)點隔震體系模型，與之相近研究方向的關(guān)于基礎隔震結(jié)構(gòu)體系的分析的碩士學位論文，均采用的多質(zhì)點模型；一篇《橡膠隔震支座力學性能及隔震結(jié)構(gòu)地震反應分析研究》的博士學位論則研究探討采用多質(zhì)點系計算模型計算大高寬比隔震結(jié)構(gòu)的地震反應；對底層柱頂隔震結(jié)構(gòu)在設防烈度和超設防烈度作用下的抗震性能分析，應用有限元軟件建模，進行動力彈塑性時程分析；大底盤多塔隔震結(jié)構(gòu)的抗震分析方法同樣也是軟件建模之后進行同時考慮上部結(jié)構(gòu)彈塑性與隔震支座非線性行為的抗震分析；大跨度連續(xù)鋼桁梁橋的抗震性能采用通用有限元程序建立該橋空間有限元模型，采用非線性時程分析方法對未隔震及應用摩擦擺支座隔震后的橋梁結(jié)構(gòu)響應進行分析；在某些情況下，隔震結(jié)構(gòu)采用分離式計算方法進行結(jié)構(gòu)設計，由于使用統(tǒng)一的減震系數(shù)，部分樓層剪力調(diào)整偏大。采用振型分解反應譜法，將隔震層和上部結(jié)構(gòu)作為整體結(jié)構(gòu)進行分析可有效解決這一問題。

其實總結(jié)起來看，不難發(fā)現(xiàn)，目前關(guān)于隔震結(jié)構(gòu)的應用雖然在汶川等大型地震之后備受關(guān)注，但是由于我國在此方面發(fā)展起步較晚，面對的問題相對較少，所以并不如日本以及歐美等發(fā)達國家。對于隔震結(jié)構(gòu)的抗震分析的方法雖然看起來比較少，顯得單薄，但是也能比較正確的解決我國目前所面臨的問題，能比較好的對需要的隔震結(jié)構(gòu)進行設計和計算。

三、存在的不足

目前，隔震結(jié)構(gòu)的應用范圍還是很有限。根據(jù)隔震層的位置分為基礎隔震，層間隔震，首層隔震和頂層隔震。根據(jù)查詢的眾多資料文獻可以看出，有的時候如果隔震層位置在一層柱頂，也是可以歸類為基礎隔震，而很多學者研究方向也是放在基礎的隔震研究，只有少部分研究是在層間隔震以及頂層的隔震；對于不同的行業(yè)，有比如關(guān)于大跨度連續(xù)鋼桁梁橋支座隔震研究。當然，也有一些比較不一樣的研究重點，比如新型鋼筋層的隔震。隨著現(xiàn)今社會越來越多的自然地震災害，以及次生災害，使得越來越多的學者放眼隔震系統(tǒng)和隔震結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，這必然讓我們在防震減災方面取得長足進步。

但是，我們應該理性的認識到，基于性能的抗震設計的理論方法還處于初始階段，還存在著各種各樣的困難和問題。在總結(jié)國內(nèi)外該領域研究成果的基礎上，在以下幾個方面的認識上還存在一定的問題：

（一）選擇結(jié)構(gòu)性能設防目標

傳統(tǒng)的建筑抗震設計的設防目標大多數(shù)是通過工程技術(shù)人員根據(jù)規(guī)范當中規(guī)定的最低設防要求而確定的，沒有業(yè)主和其他人員的主動參與。但是基于性能的抗震設計不僅滿足建筑性能社會最低的要求而且也面向業(yè)主，并且更加的注重建筑個性的發(fā)展。因此，讓業(yè)主參與的多級性能設防目標急需建立起來。

（二）描述結(jié)構(gòu)抗震性能的評價指標和參數(shù)

通過單一的參數(shù)控制結(jié)構(gòu)破壞和結(jié)構(gòu)正常使用的性能的判，并且基于多級設防目標的性能參數(shù)評價指標也是需要通過大量的實驗研究探索和工程經(jīng)驗的積累才能得出的結(jié)果。

（三）基于性能的抗震設計原則和效益評估

基于性能的抗震設計是一種面向未來的設計的方法，對于結(jié)構(gòu)全壽命周期的投資-效益的評估也是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能設計決策的最基本原則。但是對于結(jié)構(gòu)全壽命周期投資-效益評估是一個涉及人類倫理、工程技術(shù)、社會經(jīng)濟等諸多方面的復雜體系，目前仍是一個留待解決的難題。

四、結(jié)束語

我國算是一個自然災害頻發(fā)的國度，雖然沒有火山海嘯的入侵，但是地震總是不可避免的。中華民族是一個重視安全的民族，隔振技術(shù)必將指導人們不斷研究具有安全保障的結(jié)構(gòu)物或構(gòu)筑物，相信未來的研究前景必然光明。

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