[分享]地震带上的“神级操作”,这样的高难度抗震技术令人惊叹

发表于2018-04-21    341人浏览    0人跟帖    总热度:10  


地震带上的“神级操作”,这样的高难度抗震技术令人惊叹_1
海南铺前跨海大桥
4月8日国内首座跨地质断裂带的大型桥梁——海南铺前跨海大桥主塔成功封顶。其特殊之处在于直接跨越有三条地质断层的断裂带,其中一条属于活动断层。针对这一地质条件,铺前大桥抗震设防烈度达到8级,成为海南省内防震等级最高桥梁。
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铺前跨海大桥主塔的成功封顶,刷新了我们对抗震的认知。位于危险地带的建筑、桥隧未必天方夜谭,今天我们总结了不同建筑类型建筑的抗震要点,一起来看吧。
钢结构建筑
(1)建筑结构类型。首先,钢结构建筑的抗震性能主要取决于结构的选型。那么在建筑设计的工程中,就要考虑到选型是否适合周围的各种因素,当然也要考虑到其他因素进行方案设计的优化,在优化的过程中才能确定其适宜的结构体系。
(2)最大高度与高宽比。钢结构建筑抗震设计中最大高度与高宽比是其抗震性能与整体稳定性的重要参数。在设计的过程中,需跟进抗震设防烈度确定结构类型和最大适用高度,在确定高宽比,它对结构刚度、侧移和振动形式有直接影响。
(3)房屋结构布置原则。在抗震设计的要求中,钢结构建筑的结构体系与结构布置也是非常重要的。就高层钢结构建筑物来说在设计上应当采用规则的建筑设计方案。如果出现了结构体系复杂,平立面不规则的现象,就需要在适当的部位设置防震缝,从而形成多个较规则的抗侧力结构单元。一般来说,不宜设抗震缝,必须设置时,抗震缝宽应不小于相应钢筋混凝土结构房屋的1.5倍。
(4)建筑物抗震设计的方法地基和基础。为了避免建筑物不均匀沉降而导致结构产生裂隙、甚至倾斜,使结构构件过早进入塑性区,同一结构单元不应设置在性质截然不同的地基土上,不宜部分采用天然地基,部分采用桩基;地基有软弱粘性土、可液化土或严重不均匀土层时,应加强基础的整体性和刚性。
(5)平面和立面布置。
1)结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径,具备必要的承载能力,变形与耗能能力,避免因部分结构或构件失效而导致整个体系丧失抗震能力,对可能出现的薄弱部位,应采取措施提高其承载能力。
2)在抗震结构体系中,应使结构构件和连接部位具有良好的延性,避免脆性破坏,提高抗震结构的整体变形能力。所以需要有效的控制钢结构构件的尺寸大小,加强各构件之间的连接,保证结构的整体性。
3)对于女儿墙、围护墙、雨篷、封墙等非结构构件,应使其与主体结构有可靠的连接和锚固,避免地震时倒塌伤人,产生附加震害;围护墙、隔墙等与主体结构的连接,应避免设置不当而导致主体结构破坏;应避免吊顶塌落及悬吊较重的装饰物坠落,不可避免时应采取可靠措施。
地震带上的“神级操作”,这样的高难度抗震技术令人惊叹_2
钢筋混凝土框架结构
(1)强度与刚度要均匀。对于多层建筑物,在实际建筑过程中各层之间的强度与刚度必须要均匀,如果其楼层比较薄弱,那么,此处就会因为地震的原因而导致部分部位发生变形,而建筑物就会随着这一部位出现严重的破坏,严重的可能会导致建筑物整体发生破坏。
(2)保证结构的延性抗震能力。
1)强柱弱梁:以确保钢筋混凝土框架结构在发生地震的情况下,梁端塑性铰能够较早的出现,则塑性的转动就比较大;而当柱端塑性铰出现的时间较晚,则其塑性转动的就比较小,从而使钢筋混凝土框架结构塑性消耗能力大幅提高。
2)强弱剪弯:剪切破坏通常是没有延性的,如果某一个部位出现了剪切破坏的现象,那么,此部位就不具备抗震能力。
(3)进一步增强构件的相互连接。要确保各个构件之间紧密的连接,只有这样,各个构件自身所具有的强度就会得到充分的发挥,才能将地面产生震动的力相互传递,这样各个构件才能将地震力全面的吸收,整个构件的延性才会得到提高。并且,将各个构件之间进行有效的连接,能够促进结构的整体性。
(4)超静定结构次数多。超静定结构如果超出了其自身的荷载能力时,就会使得多余的杆件受到外力的作用而发生变形,将部分能量吸收掉,从而使得整个结构的稳定性提高了,降低了地震发生造成的破坏程度。由于超静定的结构次数比较多,因此,其就能够将地震能量更好的消耗,同时,也使得建筑抗震能力得到了进一步增强。
地震带上的“神级操作”,这样的高难度抗震技术令人惊叹_3
砌体结构建筑
(1)提高砂浆强度等级。提高砂浆强度等级可显著提高粘结力,增强抗震能力效果。但是当砂浆强度达到M10以后,加强作用不再明显,所以,当砂浆强度已达到M10但抗震能力仍然不足时,应采取其他辅助抗震措施。
(2)设置构造柱和圈梁。可设置构造柱及圈梁提高砌体结构抗震性能,在墙体两端设置构造柱,可以提高墙体承载力10%左右。通过对开裂墙体的约束提高砌体结构的抗倒塌能力,可取得较好的效果。钢筋混凝土构造柱必须与钢筋混凝土圈梁连接,墙与构造柱连接处应砌成马牙槎。 斜交抗震墙交接部位必须设置构造柱,最小截面尺寸选用240mm×180mm。
(3)加强结构刚度与整体性。应尽量采用现浇钢筋混凝土结构,对于增强整体性及刚度效果显著。如采用预制结构,须现浇钢筋混凝土叠合层,并应采用配筋砌体。在墙体的水平灰缝处铺设钢筋网片,可以有效提高抗震能力。
(4)细部抗震构造处理。楼梯间的横墙由于斜撑作用,破坏程度会更加严重。应在楼梯间四角以及不规则平面的外端对应转角处设置构造柱,楼梯段上、下端对应墙体外增加四根构造柱,在楼梯间设置应急疏散安全岛。
(5)开结构洞。只有在整体抗震能力有保证的情况下,才可采取开结构洞的方法。当某墙体抗震承载力不足时,可在墙体上开结构洞,调节地震作用在各墙体之间的分配,减少该片墙体分担的地震作用,应注意所开洞口用轻质材料填充
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桥梁
常用减震、隔震装置
(1)分层橡胶支座。橡胶支座通过在变形过程中消耗能量提供阻尼,这种阻尼主要取决于橡胶层变形的速度。分层橡胶支座的力-位移滞回曲线呈狭长形,所提供的阻尼较小,因而在减隔震桥梁设计中,常与阻尼器一起使用。 
(2)铅芯橡胶支座。铅芯橡胶支座在较低水平力作用下,具有较高的初始刚度,变形很小;在地震作用下,铅芯屈服,刚度降低,延长了结构周期,并消耗地震能量。 
(3)滑动摩擦型减隔震支座。这类支座的缺点是没有自复位能力,用作隔震支座时,支座响应的可预测性和可靠性都不尽如人意,所以常与阻尼器和橡胶支座等其他装置一起使用 
(4)钢阻尼器。钢阻尼器通常和橡胶隔震支座一起使用,如聚四氟乙烯滑板支座与悬臂钢阻尼器就是一种合理组合。 
减震、隔震装置的选择 
(1)具备一定的柔度,用来延长结构周期,降低地震力。
(2)通过阻尼、耗能装置等对地震力进行耗散,并将支承面处的相对变形控制在设计允许的范围内。
(3)具备一定的刚度和屈服力,在正常使用荷载下结构不发生屈服和有害振动。
(4)在不同水准地震作用下,减隔震支座都应保持良好的竖向荷载支承能力。
(5)减隔震装置应具有较高的初始水平刚度,使得桥梁在风荷载、制动力等作用下不发生过大的变形和有害的振动。
(6)当温度、徐变等引起上部结构缓慢的伸缩变形时,减隔震支座产生的抗力应比较低。
(7)减隔震装置应具有较好的自复位能力,使震后桥梁上部结构能够基本恢复到原来位置。
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隧道
周边围岩注浆加固。在工程应用中,围岩注浆一般是作为超前预加固措施用在富水或自稳能力较差的软弱围岩地段,其技术比较成熟。而作为提高围岩抗震性能的加固措施,围岩注浆可在初期支护施工完成后进行。


锚杆(锚管)加固。在软弱围岩隧道中,系统锚杆是常用的支护手段。作为围岩的抗震加固措施,锚杆的长度应该根据围岩的松弛范围适当加长,以扩大围岩的加固厚度,杆体也可以采用锚管,以便通过锚管进行围岩的注浆加固。通过调整锚杆(锚管)的长度和间距,以及与喷混凝土、钢支撑的联合作用,可以将一些不连续的块状岩石联系在一起,形成由围岩和支护结构共同组成的联合支护体系,以提高围岩和支护结构的整体稳定性和承载能力。锚杆(锚管)加固可与围岩注浆加固组合使用,可进一步提高软弱围岩的自稳能力或抗震性能。


减震层。在围岩和衬砌结构之间设减震层,可减小衬砌结构的地震响应。软弱围岩隧道的衬砌结构型式为“初期支护+防水层+二次衬砌”。围岩和初期支护是一个统一的联合整体,二者之间始终保持着紧密接触,要在围岩和衬砌结构之间设减震层几乎难以在工程中实现。初期支护为柔性结构,具有较好的变形能力,对围岩地震位移的适应性较好,无需减震层的保护。二次衬砌为刚性结构,其变形能力较差,是减震层的重点保护对象。因此,可结合隧道工程的结构特点,在初期支护和防水层之间设置减震层,形成“围岩+初期支护+减震层+防水层+二次衬砌”的抗震减震系统。


抗震缝。隧道工程是一种相对细长的地下结构物,隧道沿线的地质情况各异,软岩和硬岩的分布不均匀,在地震作用下,易发生过大的相对位移。有必要在易发生过大相对位移的地段,如在软硬岩分界处、明暗隧道分界处、深浅埋隧道分界处、隧道结构突变处等,设置诱导变形的环向抗震缝,以减轻结构开裂或错台等震害,环向抗震缝可设置多条。


预留错台。在软硬岩分界处、明暗隧道分界处、深浅埋隧道分界处、隧道结构突变处等地段易发生错台震害,除了设置抗震缝外,还需要预留错台,即在抗震缝的软岩侧或易发生较大位移的一侧适当扩大隧道净空的高度和宽度,以便发生错台时衬砌结构不至于侵入建筑限界以内而影响隧道的使用。
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