隔震结构的抗震效果分析

2012-08-01郑斌陈倩

山西建筑 2012年20期

郑斌陈倩

(浙江科技学院土木工程系，浙江杭州 310023)

0 引言

相比传统抗震建筑，隔震建筑不仅在震时体现了其优越的抗震性能，也由于其上部结构只产生相对缓慢的平移，而在保护一些重要历史文物、个人财产等方面起到了重要作用，同时还能有效预防二次灾害的发生，并且震后仅需更换隔震装置，建筑物便可重新使用，对震后的恢复工作极为有利。

1 隔震结构动力分析

1.1 隔震结构动力分析模型

对于基础隔震结构，可将其上部结构视为刚性。故地震时结构体系的水平位移主要集中在隔震层，而上部结构只随隔震层做水平整体平动，基本不发生相对位移。因此，基础隔震结构便可简化为一个单质点的动力分析模型(见图1，图2)。

1.2 隔震结构的加速度反应分析

在单质点动力分析模型中，假设结构的质量、刚度、阻尼分别为 m，k，c，xg为地面水平加速度。故地震作用下该体系的动力方程为:

Ra=1时表示结构的加速度响应既不放大也不减小，也即为隔震结构与传统抗震结构的理论分界线值，而此时β=也就是说，Ra≺1(β =时，结构的加速度响应衰减，发挥出隔震作用。

一般情况，隔震结构在抗震设防地震作用下的基本周期，约为相应不隔震结构基本周期的3倍左右［3］。以某一确定的阻尼比和频率比(如 ξ=0.2，β ==2.5 ～4.0)进行分析，可分别得出隔震结构的加速度反应衰减比与传统抗震结构的加速度反应衰减比，发现［4］:隔震结构的加速度反应可减小至传统抗震结构的1/20～1/10。

1.3 隔震结构的位移反应分析

设上部结构与隔震层的相对位移为D，在地震作用下结构的动力微分方程为:

从图4不同β下Rd—ξ关系曲线可以看出:当ξ≺0.5时，β=越大，隔震结构的位移反应放大比Rd越小;当ξ≻0.7时，β=~ω/~ωn越大，隔震结构的位移反应放大比 Rd越大;当 ξ=0.5～0.7时，隔震结构的位移反应放大比 Rd与 β=关系不明显。而β=一定时，位移反应放大比Rd受阻尼比ξ影响较小。因此，减小结构自震频率ωn(ξ≤0.7)和增大阻尼比ξ可以减小隔震结构的位移反应。

2 隔震结构特性测试

魏陆顺，周福霖等人测试了福建省防震减灾指挥中心在环境振动和隔震层发生初位移时结构的动力特性［5］，从而得到了该隔震结构的前3阶频率、振型和阻尼比，同时还测得了隔震层在小变形时的滞回性能和加速度响应。最终测试结果表明:在隔震层发生初位移时，结构的卓越周期比在环境振动作用下的周期长，且有较大的振型阻尼比;而在地震时，隔震结构能够有效的减小结构的地震作用。

3 隔震结构经历实际地震时的抗震效果

1995年1月17日，日本兵库县南部发生7.2级地震，在神户市一栋隔震建筑——松村组技术研究所研究大楼得到了地震观测记录，同时对该建筑物边上的一栋传统抗震建筑物也进行了观测［6］(见表 1)。

表1 松村组技术研究所研究大楼地震观测数据 cm/s2

松村组技术研究所研究大楼为三层的钢筋混凝土结构，其隔震层共使用了8个高衰减积层橡胶。从表1中数据可以看到，传统抗震建筑的反应增幅较大，而隔震建筑的反应增幅明显相对较小，其中屋顶的加速度相比，隔震建筑只相当于传统抗震建筑物的1/4～1/2.5，且其各方向上屋顶与一层的反应加速度相差不大，隔震效果显著。