隔震支座厂家

是什么黑科技让新西兰在数次大地震中屹立不倒

122次阅读
没有评论

新西兰时间2016年11月14日凌晨00时02分,新西兰南岛发生7.5级大地震,震中位于基督城东北处的汉默斯温泉Hammers Spring,震源深度15千米,属于浅源地震(一般浅源地震比深源地震破坏性更强烈)。

新西兰地质灾害网GeoNet测到的最大地震动为0.23倍的重力加速度,相当于北京450年一遇的地震强度,上海2500年一遇的地震强度,对于抗震设防不是很高的地区,这已然是千年一遇的大地震。

地震如此之大,到目前为止报道的遇难人数仅为两人,其中有一人是心脏病突发死亡,这不禁让我们感觉新西兰房屋的坚固。当然,人口较少是少伤亡的一个重要原因,不过这么低的死亡率着实让世界震惊,大家一致认为新西兰是个抗震的国家。那么,新西兰的房子是怎么设计的呢?

现在全世界最流行的抗震设计方法叫做“能力设计法”,是基督城坎特伯雷大学的帕克和鲍雷教授在70年代提出的,这两位教授被国际抗震组织授予“地震工程传奇”,虽然现有一些新理念新方法被提出,但他们提出的方法还是被现今世界上各大抗震设计规范采用。

这种方法的核心将控制概念引入结构,引导房屋结构如何变形,设计时告诉房子如何破坏,并将“延性概念”引入结构,使结构具有足够的变形能力,能在地震中产生较大变形而不倒塌,鲍雷教授有一句名言叫做“Tell the structure how to behave”就是对这种方法最好的阐述。

中国现行抗震设计规范也采用此方法,并通俗地将地震性能要求设定为:小震不坏,中震可修,大震不倒。

外国的抗震设计规范也有类似的标准。

该理念虽好,但有时候地震在超出预期的情况下仍然使结构破坏严重,比如震中心在基督城市区的2011年坎特伯雷大地震,很多房屋倒塌,破坏严重。

所以,新西兰的结构工程师们一直在思考一个问题:可不可以中震不坏,大震不修,甚至大震也一点不坏,把房子设计成新西兰工程师所谓的无损房子low-damage building呢?

答案是肯定的,新西兰就是这么一个国家,在土木结构工程方面,科研和工业紧密结合让世界惊叹。小编8月份参加了在基督城举行的世界low-damage building研究论坛,来自美国斯坦福大学的格雷格教授在参观了基督城重建工作之后,发出由衷的赞叹:我们真羡慕你们,你们研发的新技术竟然可以如此迅速地运用到实际工程中,堪称完美。

事实上,经过2010/2011基督城地震之后,政府在抗震方面的投入甚大,新西兰的抗震研究迅速发展,奥大和砍大相继更新了大型结构实验室,各种新规范、新方法、新理念层出不穷,全世界的结构工程师和科研工作者均来新西兰参观交流讲学,甚至在这里扎根做研究,最近几年的新西兰像是整个世界的抗震研究中心。这是奥克兰大学最新结构实验室:

这是坎特伯雷大学结构实验室刚建成的室内:

顺便提醒广大留学生,如果学土木结构,到新西兰是来对地方了,奥大和砍大的结构工程在世界上均名列前茅,在历史上,这里出来的工程师、学者、咨询公司创始人都在全世界遍地开花。

对于基督城重建,新西兰结构工程师正打算把基督城建成一座智能城市smart city,在重建过程中用到了很多最新的抗震技术,当地震再次来袭时,或者房屋已经自动启动预警系统,或者房屋只是随着地震摇摆片刻,随即又可使用。

那么,这些绝顶聪明的工程师想出的抗震技术到底是什么样子的呢?我们来看看。

1 – 减震器

在汽车里,如果没有减震器吸收能量,那上下颠簸时可要小心了,随时都有脑袋穿顶的危险,因为没有消耗能量,你的身体也会随着惯性上下晃动。

新西兰结构工程师将这一理念用到了建筑结构中,称之为消能减震器,材料一般是延展性较好的钢材、或者是大型弹簧和液压系统,其核心思想是:破坏弱者来保护强者,减震器消化了地震带给建筑物的能量,从而降低了对地震对建筑物带来的撕裂效应。

与汽车不同的是房屋的减震器一般水平放置或者斜向放置,因为水平方向的地震破坏相应远大于竖向的破坏,而汽车消能减震器一般竖向放置来防止上下颠簸。

奥大实验室对一种消能减震器“防屈曲支撑BRB”进行过地震模拟试验,结果表明这种消能器可以非常有效率地耗散地震能力,从而使主体结构保持良好。

当地震完后,这些破坏的消能装置可以拆除重新安装,既抗震又方便,十分经济。

这种装了消能减震装置的结构在其他国家可能应用得没有这么广泛,但在新西兰的房屋中到处可见。在基督城的木结构房子Trimble Navigation在2011年地震中被大火烧毁,重建后的这栋房子用的就是这种技术,在梁柱节点,墙角处均使用了耗能器。

2 – 隔震技术

新西兰是第一个开发并应用地震隔离系统设计的国家,”结构隔震技术“在新西兰已经有超过一百年的研究历史,无论地震有多强,这种“以柔克刚”的抗震技术使得房子就像一片荷叶在水上漂浮,而房子内部却安然无恙。

隔开主结构和基础的可以是耗能性能好的橡胶,也可以是各种先进的隔震装置。

现今世界上最大的振动模拟台E-defense(日本Earthquake-Defense)对一个5层16米高的原型房子进行了抗震试验,所用的地震动为罕遇大地震,试验后发现房子除了天花板有掉落外,结构部分完好,震后稍加修复即可使用。

新西兰惠灵顿的警察局大楼就是世界上第一栋基础隔震的房屋,房子的斜向支撑是用来把房屋变得刚硬,地震来时可以使房子在隔震支座上来回移动。

惠灵顿是新西兰抗震等级最高的城市,地震带横穿该城市,这个城市有很多外表看似平常却用了大量抗震技术的房屋。最大的博物馆Te Papa也是采用的隔震技术,四层的Te Papa在基础底部都布置了隔震装置。

此种技术抗震效果好,结构工程师建议比较重要的房屋结构均可采用此种技术。

3 – 摇摆技术

摇摆技术是90年代由新西兰结构工程专家Priesley教授提出,墙体预留洞,钢绞索穿入孔洞然后将墙体预拉起来,墙体与基础本身并不现浇连接,地震作用下形成摇摆,地震结束时,摇摆系统回到原点,所以也叫自中心self-centering墙。与出现大量裂缝的普通混凝土墙相比,摇摆墙没有裂缝,没有破坏。

其核心是放松了节点也拉紧了节点,而保证主体结构在变形时未造成破坏,而且震后可以回到房屋中心。日本D-defense振动台对两个四层的钢筋混凝土房子进行了原型试验,一个是普通现浇钢筋混凝土结构,一个是采用摇摆技术的结构,两个房子放在同一个振动台,用罕遇大地震进行试验。

震后表明,一模一样的两栋房子,采用摇摆体系的结构破坏微小,而普通钢筋混凝土结构体系破坏很严重,梁柱墙均出现不同程度的破坏。

摇摆体系只有混凝土稍微剥落,稍加修复即可使用。

而普通体系,墙角处即出现大面积混凝土压碎,很难修复。

新西兰惠灵顿四层楼房子Alan MacDiarmid就是根据该理念设计所成,当然该房子还利用了第一种耗能减震装置,该房子的设计理念有可能入选新西兰-中国合作项目,2017年有望在上海同济大学地震国际合作中心振动台上进行抗震试验,让我们拭目以待。

以上三种技术不仅仅单一地用在房屋结构上,它们可以同时融入到同一结构,从而互相作用,形成更加有效的抗震效果。比如位于奥克兰海港附近的Union House就是同时使用了基础隔震和消能减震器的房屋。

底下黑色部分就是隔震装置,而底层柱与柱之间巨大的横梁就是消能减震器。

以上三种技术是新西兰房屋结构最常用的抗震技术,当然了,另外还有很多。比如金属记忆材料的结构,大家都听过记忆眼镜,对的,该种材料已经用在了结构工程中,使用这种材料的结构在地震作用下会变形,但是它有记忆力,随后即可复原为原来的形状,这种材料因为现阶段价格太高,所以目前未能得到普遍利用。

还有,工程将保险丝应用到了结构中,钢索将整个建筑用垂直地可更换钢缆拉紧,这些钢缆就像橡皮筋一样可使整个结构受力,地震来时,保证结构端正。

另外还有阻尼结构,建筑中挂一个质量超大的球状物体,当地震袭来时,建筑产生的能量会被传至大球,而大球的质量刚好可以在建筑物整体摆动时由于惯性力反方向运动,从而中和建筑的变形。

聪明的新西兰结构工程师当然还有很多很多办法来解决房屋的抗震问题,这里不一一解释了。随着每一次地震的发生,抗震技术不断更新,新西兰抗震规范也不断完善,大家一定要相信,我们虽然无法战胜大自然,但我们不断可以解决大自然所带来的问题。

四川隔震支座厂家
版权声明:本站原创文章,由四川隔震支座厂家2021-08-31发表,共计3343字。
转载提示:除特殊说明外本站文章皆由CC-4.0协议发布,转载请注明出处。
评论(没有评论)
隔震支座厂家