[科普中國(guó)]-隔震支座

傳統(tǒng)的抗震技術(shù)是把建筑物上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)牢固地連接在一起，就是把房子蓋得更結(jié)實(shí)，用更粗的鋼筋、更多的混凝土澆注，但這樣抗震效果并不理想。隔震支座是在上部結(jié)構(gòu)與地基之間增加隔震層，安裝橡膠隔震支座，起到與地面的軟連接，通過這樣的技術(shù)，可以把地震80%左右的能量抵消掉。這樣的抗震技術(shù)來源于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，正是研發(fā)火箭固體發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)師們研發(fā)了這項(xiàng)技術(shù)。1

從上個(gè)世紀(jì)60、70 年代開始，人們對(duì)隔震支座進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究和實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)際的工程中進(jìn)行試驗(yàn)，并且做了大量的跟蹤觀察。關(guān)于隔震元件的研究，主要有兩個(gè)方面：一方面積極探索新材料、新工藝、新方法研制各種隔震元件；另一方面研究如何在工程實(shí)際中應(yīng)用隔震支座，并考慮它們的隔震性能和工程造價(jià)問題。

他們可以作為單獨(dú)的構(gòu)件，也可以組合起來使用，有時(shí)候需要根據(jù)建筑功能的要求來決定，支撐隔震器主要承擔(dān)建筑物上部結(jié)構(gòu)的荷載，減震阻尼器主要是控制隔震支座產(chǎn)生的水平變形不會(huì)超過規(guī)范中規(guī)定的限值，減輕建筑上部結(jié)構(gòu)的晃動(dòng)，在地震結(jié)束時(shí)還能復(fù)位。2

對(duì)于疊層橡膠支座的耐久性。我們可以通過一些試驗(yàn)得到，如加熱快速試驗(yàn)。建筑物在使用的過程中不斷承受豎向的荷載，同時(shí)還受到外界環(huán)境的影響，如氣溫的變化、空氣的氧化作用、正常的微小的震動(dòng)等，因此，橡膠隔震支座的耐久性應(yīng)該要求自身的材料具有良好的性質(zhì)，而且能保證建筑設(shè)計(jì)的要求。

專業(yè)人員做隔震層的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該注意隔震建筑所在場(chǎng)地的環(huán)境，隔震支座自身材料的性質(zhì)和地震時(shí)支座的變形等，綜合考慮隔震支座的耐久性。2

在隔震支座遭受發(fā)生火災(zāi)或高溫時(shí)，由于橡膠具有可燃性和受熱易變形，而隔震支座中的鋼板具有良好的熱傳導(dǎo)性。所以，在隔震支座遭受發(fā)生火災(zāi)或高溫時(shí)，由于鋼板導(dǎo)熱很快會(huì)加速橡膠的損壞。因此，我們?cè)趹?yīng)用橡膠類的隔震支座時(shí)，其耐火性，耐高溫也應(yīng)該引起我們的重視。 2

橡膠隔震支座是由多層鋼板與橡膠交替疊合而成，鋼板作為橡膠支座的加勁材料，改變了橡膠體豎向剛度較小的特點(diǎn)，使其既能降低水平地震作用，又能承受較大豎向荷載。由于橡膠作為彈性體，耗能性不足，因此在支座中加入鉛芯。鉛芯橡膠隔震支座既能夠承擔(dān)整個(gè)上部結(jié)構(gòu)的豎向荷載，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期，又能提供一定的阻尼，使得下部結(jié)構(gòu)即墩和墩臺(tái)的地震力重新分配，隔震層的位移也不會(huì)很大，具有很好的隔震效果。同時(shí)，鉛芯橡膠隔震支座又具備一定的初始水平剛度，能夠抵御荷載和制動(dòng)荷載的作用。3

橡膠隔震支座的構(gòu)造要求：

1.目前使用的疊層橡膠支座，是利用鋼板和橡膠的各自的優(yōu)點(diǎn)相互疊合而成。隔震支座運(yùn)用在建筑中，會(huì)增加建筑結(jié)構(gòu)在水平和豎向地震、扭轉(zhuǎn)等作用下，建筑物抗震的能力。 2

2.為了使疊層橡膠支座具有適當(dāng)?shù)淖枘岜仁怪ё哂幸欢ǖ膫?cè)向剛度。在制造疊層橡膠支座時(shí)在中間設(shè)置鉛棒，有的在中間加入粘性材料，或者在橡膠中加入適量的石墨制成高阻尼橡膠。2

3.在遇到大地震時(shí)，為了防止側(cè)向位移超過支座位移的允許值，在設(shè)計(jì)是應(yīng)該注意側(cè)向保護(hù)裝置的設(shè)置；橡膠支座具有良好的耐老化特性、抗氧化性、耐高溫性能等。2

4.隔震支座上下端有連接板，這些連接板能使隔震支座與基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)連接成為一個(gè)整體。2

滑動(dòng)隔震是在隔震層中設(shè)置滑動(dòng)材料，如低摩擦系數(shù)材料石墨、砂粒、滑石粉等，使基礎(chǔ)只能向上部結(jié)構(gòu)傳遞有限的地震力作用，起到保護(hù)上部結(jié)構(gòu)的作用。其動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)是滑動(dòng)前整個(gè)系統(tǒng)的自振周期與結(jié)構(gòu)周期相同，一旦滑動(dòng)之后，隔震層的剛度變得很小，整個(gè)系統(tǒng)的自振周期變得很大，因此從理論上來講滑動(dòng)隔震能避開絕大多數(shù)地震波產(chǎn)生的共振效應(yīng)。此外，隔震層摩擦力做功，能消耗結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量，增加結(jié)構(gòu)阻尼，降低結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。3

由于滑動(dòng)摩擦支座本身并沒有自復(fù)位能力，在大震時(shí)可能產(chǎn)生不可控制的位移；而疊層橡膠支座雖有自復(fù)位能力，但是阻尼有限，在耗散地震能量方面并無優(yōu)勢(shì)。因此，兼?zhèn)鋸?fù)位能力和耗能特性的復(fù)合隔震體系受到廣大研究人員和工程師的青睞。目前采用的復(fù)合型隔震支座包括橡膠支座與滑動(dòng)支座的并聯(lián)使用、橡膠支座和阻尼器的并聯(lián)使用等，也包括同時(shí)具備彈性水平恢復(fù)力與阻尼的復(fù)合隔震裝置。3

1) 將兩種或多種隔震技術(shù)組合起來進(jìn)行應(yīng)用，如將疊層橡膠隔震支座和摩擦滑動(dòng)支座等組合運(yùn)用，可以發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)單一隔震技術(shù)的不足。3

2) 開發(fā)研究限位功能與阻尼耗能特性均較好的新型復(fù)合隔震支座，是今后隔震技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。3

3) 豎向隔震效果與抗拉能力將是今后隔震技術(shù)研究的關(guān)注熱點(diǎn)。3

4) 許多隔震技術(shù)都具有良好的減震效果，但在實(shí)際工程中推廣的最大障礙是其造價(jià)。盡管抗震規(guī)范規(guī)定：當(dāng)隔震結(jié)構(gòu)的減震系數(shù)足夠小時(shí)，上部結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防烈度可降低一度。但基于工程經(jīng)驗(yàn)的缺乏，許多工程人員不愿采用新技術(shù)，或不敢在采用新技術(shù)后降低上部結(jié)構(gòu)的設(shè)防烈度，從而提高了隔震結(jié)構(gòu)的造價(jià)。因此，對(duì)于一種隔震技術(shù)而言，只有性價(jià)比高，才能在各式各樣的新技術(shù)中保有其生命力。多多建造隔震示范工程，也是促進(jìn)隔震技術(shù)推廣應(yīng)用的有效手段。3

2017年8月的最后一天，位于陜西省渭南市的大荔縣實(shí)驗(yàn)小學(xué)迎來了孩子們開學(xué)前的報(bào)到日。讓孩子們除了迎接他們的新老師、新同學(xué)還有嶄新的、高標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)樓。這所占地80畝的大荔縣實(shí)驗(yàn)小學(xué)洛濱校區(qū)于兩個(gè)月前剛剛竣工，三棟教學(xué)樓能夠容納3600名學(xué)生。之所以說建筑標(biāo)準(zhǔn)高，是因?yàn)樵诿恳粭澖虒W(xué)樓的下面增添了一種神秘的建筑部件-“隔震支座”，是建筑抵抗地震的有效裝備。1

孩子們報(bào)到的同時(shí)，中國(guó)航天科技集團(tuán)四院41所的唐春昱和趙新男打開了教學(xué)樓的一處通風(fēng)口，下到建筑的底部。隔震支座每6米一個(gè)，呈網(wǎng)狀分布，在這個(gè)地下空間有30個(gè)，支撐著整棟教學(xué)樓，同時(shí)肩負(fù)起抗震的工作。