基础隔震技术已在外得到实际应用,防震减灾效果很好。例如,1994年1月17日,在美国发生的洛杉矶地震,震级为7级,伤亡超过7000人,损失很大。大多数医院因建筑内部设备损坏而失去使用功能。与此相反,USCUNIVERSITY医院是一个地下一层、地下七层的隔震建筑。地震中该建筑内的各种仪器设备均未损坏,甚至花瓶也没有一个掉下来。该医院起到了救护中心的作用,减少了地震损失。之后的1995年1月17日,日本阪神发生了2级地震,是日本战后大的地震灾害。地震又一次考验了基础隔震建筑。震区内有两栋基础隔震建筑,一个为邮政楼,一个是研究所。同样神奇的是,基础隔震建筑不仅结构保持完好无损,内部设施也完全正常。基础隔震技术在地震中的卓越表现,大大推动了这一技术的研究的应用。目前,人民解放军83235部队科技楼、宿迁市劳动局综合楼、邯郸市釜山房地产开发公司住宅楼等几百栋基础隔震建筑已建成。
隔震支座的定义:隔震支座是一种特殊的建筑结构组件,设计用于在地震发生时隔离上部建筑结构与地面的直接连接,通过其自身的变形和耗能特性,吸收和分散地震能量,从而减少地震对建筑的影响。
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选用建筑支座时,必须进行综合考量,主要因素包括:建筑跨径与结构形式:不同跨径和结构(梁桥、拱桥、索桥等)对支座的承载、位移、转动能力要求各异。
FPSII-7000-350-3.81 型号中,各部分含义明确。“FPS” 代表摩擦摆隔震支座,“II” 表示该支座为 II 型产品(双主滑动摩擦面型),“7000” 指基准竖向承载力为 7000kN,“350” 指极限位移为 350mm,“3.81” 表示摆动周期为 3.81 秒,对应等效曲率半径为 3600mm 的支座。该型号支座由带球面的上下连接板、内部球冠体滑块及双主滑动摩擦面构成,上部结构通过上连接板支承在滑块上,当地震发生时,上部结构水平力克服球形滑动面与滑块间的摩擦力,结构将以球面中心距为摆长作摆式运动,地震能量将在上部结构的不断摆动中以摩擦生热的形式消耗。
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以公路 T 形梁桥(桥面宽≥10m)为例,支座布置需结合墩台刚度差异设计:固定墩:设置 1 个固定支座(限制纵、横向位移),相邻支座设为 “横向可动、纵向固定” 的单向活动支座;活动墩:设置 1 个纵向活动支座(与固定墩固定支座对应,释放纵向位移),其余均设双向活动支座(释放纵、横向位移);桥台:因横向刚度大,仅需在 1 个桥台上设定向活动支座(限制纵向、释放横向),其余设双向活动支座。
偏心效应控制:虽然上部结构本身可能存在荷载与质量分布偏心(即质量分布偏离几何中心),但由于隔震层的有效调节作用,这种偏心效应的影响能够得到有效控制。
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周期与竖向隔震设计要求隔震系统周期需符合设计规范,例如某隔震建筑针对 1080KN?M 屈服后刚度及 14200KN 重力荷载,理论周期应为 27S,但 1999 年 AASHTO 规范为限制隔震系统过大位移,将该周期上限设定为 6S,工程设计需严格遵循规范要求。竖向隔震(振)设计中,隔震(振)装置需具备合适的竖向刚度,使隔震(振)体系的竖向自振周期远离上部结构自振周期及场地(或振源)特征周期(或激振周期),从而有效隔离竖向震(振)动,降低上部结构震(振)动反应。
摩擦摆隔振支座是一种重要的建筑结构隔震装置,具有显著的抗震效果和应用价值。
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FPS-8000-400-4.11 作为摩擦摆隔震支座,采用单主滑动摩擦面设计,地震时通过摆式运动消耗地震能量,同时依靠自身结构实现震后复位,残余变形小,可有效保障结构的正常使用功能。摆动周期 4.11 秒,能够最大限度延长结构自振周期,避开地震动卓越周期(通常为 0.2-1 秒),显著降低结构地震响应,提升结构的抗震能力。滑动摩擦面设计使支座在地震作用下的运动更加平稳,复位性能更加可靠。
尽管隔震技术优势明显,但在工程实践中仍面临挑战:管道柔性连接问题:如案例中采用的Φ150排水金属波纹软管,虽满足地震位移需求,但在水平段易发生堵管,需优化选型与布置方式。
FPS摩擦摆支座通常由一个上座板、一个下座板以及一个位于两者之间的球面滑动面构成。上座板与上部结构相连,而下座板则与基础或地面相连。在地震发生时,上座板相对于下座板在球面滑动面上滑动,产生摩擦耗能,从而减小地震能量对上部结构的影响。
FPSII-5000-350-3.81 作为 II 型摩擦摆隔震支座,采用双主滑动摩擦面设计,地震时通过摆式运动消耗地震能量,同时依靠自身结构实现震后复位,残余变形小,可有效保障结构的正常使用功能。摆动周期 3.81 秒,能够延长结构自振周期,避开地震动卓越周期(通常为 0.2-1 秒),降低结构地震响应,提升结构的抗震能力。
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