隔震技术的基本原理范例(3篇)

隔震技术的基本原理范文

[关键词]隔震设计；叠层橡胶支座；形状系数

中图分类号：S611文献标识码：A

0引言

在漫长的人类发展历程中，地震灾害不断发生，造成了大量人员伤亡和经济损失。地震中，桥梁的破坏或倒塌造成震区生命线被切断，致使救灾工程不能顺利进行，并引发多种次生灾害，给社会带来了巨大的经济损失。因此桥梁的抗震研究不断受到世界各国研究者们的关注。抗震设计可以确保结构的整体性和防止结构倒塌，但结构构件的损伤是无法避免的，通过结构自身强度去抵抗地震作用也是需要花费很大代价的。因此，需寻求一种更为合理有效的方法来减小结构在地震中的反应，并能满足降低造价等要求，基于隔震装置的结构控制技术逐渐被应用起来。

1隔震原理

1.1隔震概念

隔震技术一般是将结构与地面分离开，阻止地震能量的传播。然而在结构与地面之间设置绝缘物，地震的惯性力虽然被降低，但结构的水平位移也会显著增大。因此，为了消除这一弊端，现在隔震技术除了绝缘外，还考虑了阻尼的效果，利用隔震和阻尼双重效果达到隔震目的。一般来说，桥梁中的隔震结构是在支座处设置叠层橡胶阻尼装置来阻止地面运动在主体结构中的传播。

1.2隔震机理

隔震的目的就是将结构与地面运动分离，因为梁式桥梁地震变形主要集中在支座位置，因此，桥梁隔震设计一般利用高阻尼柔性支座来实现。隔震原理是通过引入柔性装置，解除结构与地面运动的耦联关系，延长结构的基本周期避开结构地震反应的卓越周期，以降低结构的地震力。然而柔性装置的使用必然伴随结构的位移增大，通过阻尼装置的使用可适当减小这种变形的产生。另外，阻尼的增加亦可降低结构的动力加速度[1]。

2桥梁隔震常用装置

2.1普通叠层橡胶支座

普通叠层橡胶支座是由多层橡胶与钢板交替叠合粘接而成。与单体橡胶相比，多层橡胶具有竖向刚度高和水平刚度低的特性，这样既保证了该支座具有相对高的竖向承载力，又在水平方向保持了橡胶的柔性，因其阻尼效果比较低，一般需要辅以阻尼器作为吸收能量的元件。

2.2高阻尼叠层橡胶支座

高阻尼叠层橡胶支座的形状和构造与普通橡胶支座相同，它作为一种合成橡胶，混入纤维塑料等添加材料来提高阻尼，其力学性质随材料的不同而有所差异。高阻尼叠层橡胶支座利用本身的高阻尼材料消耗地震能量，起到隔震、阻尼双重效果，节省使用空间，施工上也极其方便。高阻尼叠层橡胶支座能够吸收更多的地震运动能量，具有较大的耗能能力，但要注意切变模量会随温度而变化，可能导致隔震效果显著降低。

2.3铅芯叠层橡胶支座

铅芯叠层橡胶支座[2]为目前比较普遍使用的一种隔震支座，是在普通叠层橡胶支座中心置入一高纯度铅芯，铅的屈服剪切应力很小（约10MPa），屈服后可产生迟滞耗能作用，利用铅本身的屈服行为来吸收地震能量，以抵抗强震下产生的过大变形和承受环境振动。橡胶部分仍然起到延长结构周期，降低地震作用的效果。另外，铅与其他金属相比，在常温下能迅速结晶，不易产生应变硬化等现象，因此可长期重复使用。

3隔震设计与抗震设计的比较

隔震设计原理与延性抗震设计原理是相似的，都是通过一定部件的滞回特性来耗散地震能量，遏制结构的地震反应，只是耗散能量的部位不同，前者是采用隔震装置，后者是利用结构部件，而抗震方法中让选定的结构构件屈服不可避免地造成结构的损伤。两种方法的目的也是不一样的，抗震设计允许较大地震力和能量传递到结构上，而隔震设计则是要减小传递到结构重要部件上的地震力和能量。另外，隔震装置在发生损伤时，仅需简单替换掉原来的装置即可，使得震后修复工作更加便捷[3]。

4叠层橡胶支座的构造

图1为无钢板夹层橡胶支座与有钢板夹层橡胶支座的工作对比，当支座承受竖向荷载时，橡胶层的变形会受到钢板的约束（如图1b），即a1

(a)(b)(c)

图1隔震橡胶支座的工作原理

主要构造要求有：①确保钢板对橡胶的变形约束，使橡胶支座具有较高的竖向受压承载力和一定的抗拉性能，并具有较大水平变形能力及抗疲劳能力；②确保在多次地震的地面多维运动下能可靠工作；③设置侧向保护层，增强橡胶的抗老化、耐水、耐酸碱及耐火等性能；④可靠的上下连接板，保证支座与上下结构的可靠连接；⑤高阻尼橡胶材料，使橡胶支座具有足够的阻尼比。叠层橡胶的基本结构如图2所示[4]。

图2叠层橡胶支座的基本结构

5叠层橡胶支座的形状系数

形状系数[1]是橡胶支座的一个重要的力学特性，也是确保橡胶支座承载和变形能力的重要几何参数，有第一形状系数S1和第二形状系数S2两种。第一形状系数是橡胶支座中各橡胶层的有效承压面积与自由表面积之比；第二形状系数是橡胶支座有效承压体的直径与橡胶总厚度之比，计算公式如下：

（圆形橡胶支座）

（矩形橡胶支座）

其中：d为橡胶层的有效承压面的直径（mm）；

d0为橡胶支座中间开孔的直径（mm）；

tr为单层橡胶层厚度（mm）；

a为矩形截面橡胶支座长边尺寸（mm）；

b为矩形截面橡胶支座短边尺寸（mm）；

n为橡胶层的总层数。

由上式可以看出，第一形状系数S1反应了橡胶支座中钢板对橡胶层变形的约束程度，S1越大，支座的受压承载力就越大，竖向刚度也会越大。第二形状系数S2表示橡胶垫受压体的宽高比，反应了橡胶垫受压时的稳定性，S2越大，橡胶支座越粗矮，受压稳定性就越好，失稳时的临界荷载就越大，然而，虽然S2越大，橡胶支座的水平刚度越大，但水平极限变形能力将越小，因此S2的取值要依情况而定，根据国内外应用经验，一般S2不宜小于5.0，如果要求水平变形能力较大，则可取低值，但设计承载力也要取较低值。

6总结

本文具体阐述了隔震技术的概念和原理，分别从构造和能量方面详细介绍了桥梁隔震设计的几种常用装置，进而通过隔震方法与抗震方法的比较，得出隔震设计方法的优越性，并系统介绍了叠层橡胶支座叠层橡胶支座的工作原理和基本结构以及形状系数对隔震支座力学特性的影响。

参考文献

[1]范立础,王志强.桥梁减隔震设计[M].人民交通出版社,2001,4.

[2]胡兆同,刘健新.桥梁结构的免震装置[J].华东公路,1996:10-13.

隔震技术的基本原理范文

[关键词]住宅建筑，抗震设计，抗震施工，建筑隔震技术

中图分类号：G91文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）10-0194-01

1引言

随着人类生活水平的日益提高，人们对自身居住安全的重视程度也越来越高，特别是在高烈度地震区，防震、抗震工作显得尤为重要。地震对建筑物的破坏，多数是由于地面的振动频率与建筑物主要结构构件的自然频率相偶合所致，它留给社会最惨烈的一幕莫过于建筑物的破坏和倒塌。近十年来，全世界平均每年约有1万人在地震中丧生，50万人无家可归。目前，一种以柔克刚的新型抗震技术-隔震技术，正日益受到人们的关注。

2建筑隔震技术

2.1“基础隔震”的基本原理

现代建筑“基础隔震”概念的基本原理是在建筑物上部结构与基础之间设置安全可靠的隔震柔性底层，使建筑物与基础隔开。这样，支撑在隔震系统上的整个建筑物在地震时便具有较大的剪切变形能力，使地震的各种破坏力对上部建筑物的直接拉力降至最小，减小上部结构的地震反应（一般可减小至1/5左右），确保建筑物在任何突发强地震中不被破坏和倒塌，是一种立足于“隔”的以柔克剐、以隔减震的积极抗震的方法。可以说，从“抗”到“隔”，是抗震设防策略的一次重大改变和飞跃。

2.2一隔震体系的优点

2.2.1明显有效地减轻结构的地震反应

由地震模拟试验结果可知：隔震体系的结构加速度反应只相当于传统结构（基础固定）加速度反应的l/3～1/10。这种减震效果是一般传统抗震结构所望尘莫及的。从而能非常有效地保护结构物或内部设备在强地震冲击下免遭任何毁坏。

2.2.2确保安全

在地面剧烈震动时，上部结构仍能处于正常的弹性工作状态。这既适用于一般民用建筑结构，确保居民在强地震中的绝对安全，也适用于某些重要结构物和重要设备。

2.2.3减低房屋造价

据有关数据显示：采用隔震技术建造的房屋比传统抗震房屋节省房屋土建造价：7度区节省3%-6%，8度区节省8%～14%，9度区节省15%～20%。并且安全度大大提高。

2.2.4抗震措施简单明了

抗震涉及的对象从考虑整个结构物的复杂的不明确的抗震措施转变为只考虑隔震装置，简单明了。结构物本身与一般非地震区的做法无疑，设计施工大大简化。

2.2.5震后修复方便

地震后，只对隔震装置进行必要的检查更换。而无需考虑建筑结构物本身的修复，地震后可很快恢复正常生活或生产，这带来极明显的社会效益和经济效益。

2.3建筑隔震橡胶支座隔震的基本原理

在众多基础隔震构件中，建筑隔震橡胶支座是应用比较广泛的。隔震橡胶支座是由柔软的薄橡胶板和坚硬的薄钢板分层交替叠合、模压硫化而成。其中橡胶层与钢板紧密黏结，当橡胶支座承受上部结构的自重和使用荷载时，橡胶层的横向伸展受到钢板的约束，竖向刚度增大，使橡胶支座具有足够的竖向刚度和承载能力，有利于稳定地支承建筑物；当橡胶支座承受水平荷载时，其橡胶层的相对位移大大减小，使橡胶支座可达到很大的位移而不致失稳，并且保持较小的水平刚度。

从“基础隔震”的基本原理和橡胶支座结构功能分析可知，建筑隔震橡胶支座隔震的基本原理是在建筑物或构筑物基底或某个位置上设置橡胶支座，利用橡胶支座水平柔性的隔震层，通过此层吸收和耗散地震能量，以集中发生在隔震层的较大相对位移为代价，阻止或减轻地震能量向上部结构传递，减轻了上部结构地震反应，最终达到减轻上部结构遭受地震破坏的目。的。这种隔震技术不仅可以保证建筑物结构的整体安全，并且能够防止非结构部件的破坏，避免建筑物内部装修、室内设备的损坏及由此引发的次生灾害。

3结构设计

3.1结构设计参数

建筑隔震橡胶支座结构设计时的主要参数有：

（1）形状系数，第一形状系数S1主要体现薄钢板对橡胶板的约束效果，第二形状系数S2主要反映橡胶支座在受压时的稳定性。根据国内外研究成果和工程经验，一般取S1≥15，S2=3～6。

（2）外形尺寸。已有研究结果表明：橡胶支座发生的水平变形在高达支座平面尺寸的60%时也是安全的，因此推荐的支座直径为D=DT/O.6（DT为最大水平位移）。实际应用中，一般取D=DT/O.55。橡胶支座的高度日可以根据形状系数和其他有关参数设定，对于Φ400、Φ500、Φ600的支座，一般H分别采用150mm、175mm和200mm比较合适。

（3）夹层钢板厚度。橡胶支座的破坏表现为夹层钢板的断裂，钢板越厚，钢板发生屈服强度和屈服的位移量越大。钢板的厚度t。一般为2～4mm。

（4）胶层厚度及层数。在一定范围内，橡胶支座夹层钢板与胶层厚度之比越大，则支座的竖向承载力越大。

（5）铅芯直径。铅芯的大小直接影响到支座的阻尼，可以根据设计的阻尼性能选定。

3.2性能设计参数

橡胶支座的性能设计指标主要是指承载能力、刚度、阻尼特性等。

（1）竖向承载力。橡胶支座的S1越大，或者钢板抗拉强度越高、钢板与橡胶板的厚度比越大，则竖向承载力越大。

（2）压剪承载力与水平位移。压剪承载力是指橡胶支座在发生某一规定的水平变形下的竖向承载力。在竖向压应力为10～15MPa情况下，一般要求当支座的极限水平剪切变形达到350%时，橡胶支座也不会出现压剪破坏。

（3）水平刚度。橡胶支座的水平刚度KH.受橡胶材料性能、支座形状系数及压剪条件等诸多因素的影响。当支座S1≥15，S2≥5，竖向压应力≥15MPa，设计剪切应变≤350%时，可以按剪切情况计算KH。

（4）竖向刚度。为确保支座在使用中不产生过大的竖向压缩变形，必须保证支座有足够大的竖向刚度Kv，一般由建筑结构设计时提出。影响Kv的主要因素有橡胶的硬度及弹性模量、支座形状系数（S1、S2），以及竖向压应力和水平剪切变形。

（5）阻尼特性（阻尼比）。橡胶支座的阻尼比基本上代表了隔震结构体系的阻尼比。MRB、HD-MRB和LRB的阻尼比分别为3%～5%、10%～15%、20%～30%，因此LRB不需匹配阻尼器便可单独使用。

3.3橡胶与钢板的黏合技术

隔震橡胶支座是由薄钢板和薄橡胶板交互叠合、模压硫化而成，钢板与橡胶板的黏合强度关系到支座在承载时钢板对胶层的约束效果及在发生地震时的变形能力，因此黏合强度极为重要。目前钢板采用喷砂处理，涂上由含卤聚合物弹性体、黏合增进剂和偶联剂等组成的热硫化胶黏剂。双涂比单涂更佳，黏合强度一般都在15kN・m-1以上。

4结语

由于我国幅员辽阔，许多省、市都位于高烈度地区，所以抗震减灾的形势非常严峻，防震、抗震工作量大。用橡胶支座进行建筑物基础隔震的技术已比较成熟，其实际应用价值已得到了验证。加快这一技术的推广应用，特别是在高烈度地震区的应用具有重要意义，市场前景也十分广阔。

参考文献

隔震技术的基本原理范文篇3

【关键词】公路桥梁设计；隔震设计：措施探讨

引言

桥梁作为现代城市化建设中相对重要的基础性设施，具有一定的社会公共性，其建设周期较长且自身的运营管理也比较困难。通常情况下，桥梁设计中隔震设计，主要是通过在桥梁建设过程中，安装隔震器，来确保桥梁能够在水平方向上得到柔性支撑，以达到延长桥梁使用周期以及稳定桥梁结构的目的。

1、桥梁设计中隔震设计的目的及原理

1.1设计目的

在桥梁建设中，选择安装阻尼器非常重要。通过阻尼器提高桥梁的阻尼效应，使之可以在发生地震时，通过安装的阻尼器来进一步改善和分解发生地震后，地震力在各结构支座间受力的分布，保护桥梁的基础部位，同时也可以通过桥梁上部的设计结构，支撑和保护整个桥梁的稳定性。在桥梁设计中考虑加入隔震设计的内容，更多的是希望从桥梁横向刚度调节方面入手，在改善桥梁结构问题后，实现减少发生地震对桥梁整体结构的冲击。因此，在城市交通事业迅速发展的过程中，考虑桥梁设计中隔震设计，对于促进桥梁工程的建设质量，具有积极的促进作用。

1.2设计原理

在桥梁设计中，抗震方式的发展作为一种全新的形式，也是未来桥梁发展的一种重要趋势。桥梁设计中隔震设计的作用，侧重体现在通过减小发生地震后的桥梁的受力状况，保护桥梁的结构不受到巨大冲击，在一定程度上增强桥梁的抗震能力。不断的社会实践经验表明，桥梁设计中隔震设计可以促使桥梁结构的反应加速度低于地面的加速度，降低破损率。在传统过去的桥梁设计中，通过提高桥梁结构的整体强度和变形能力，来达到桥梁抗震的效果一直不太明显。但是，如果在桥梁设计中考虑隔震设计的优势，考虑桥梁建设过程中加入隔震装置，确保减小桥梁整体中的组成构件可以和水平地面形成一定的关联性，保护桥梁重要组成构件在遇到地震后，不会发生巨大的破坏性损伤。

2、桥梁设计中隔震技术特点及原则

2.1隔震设计

随着桥梁设计中隔震设计在桥梁建设中的完美应用，如何充分的利用桥梁设计中隔震技术的特点，逐渐成为相关学者探讨的重要问题。在桥梁设计中隔震设计，必须在合理的设计前提下，才能使桥梁的重要构件具有一定的弹性与可塑性。隔震技术的应用，不但可以在一定程度上降低桥梁建设的成本、提高桥梁工程的使用效率，也会提高桥梁的抗震性，使之可以通过结构设计与加入柔性结构设计的组成部分，来达到保护桥梁、桥墩，同时降低桥梁桥墩延性需求的目的。

另外，安排技术人员重视在桥梁上部结构中采用隔震措施，也是可以有效的消除地震后桥梁下部结构超出弹性范围，避免桥梁重要构件发生严重的非弹性变形的措施之一。隔震技术的应用，使技术人员成功的利用隔震装置后，达到延长桥梁使用周期、降低地震对桥梁结构的损坏以及消耗地震能量的目的。

2.2设计原则

在公路桥梁建设的过程中，桥梁的隔震设计是加强桥梁抗震性能的重要要求之一，在进行桥梁设计中隔震设计之前，必须结合桥梁建设的基本情况，合理的进行专业的设计，才能发挥隔震设计的重要作用。在桥梁设计中，必须合理的考虑桥梁隔震设计的相关原则。建筑施工企业必须安排专业人员对桥梁的建设目的以及实际施工现场进行分析与详细的勘察。重点分析即将开始设计的桥梁，在使用一定期限后，能够显著的提高其自身的抗震能力。并结合有关工作人员在桥梁设计区域进行考察的资料记载，考虑咋桥梁建设中加入隔震设备，是否能够确保桥梁在震后出现重要构件位置偏移的问题。一旦桥梁的隔震设备在发生地震后出现了偏移的问题，该采取何种有效方式进行处理等等，都是桥梁设计中隔震设计必须考虑的重要问题。

3、隔震装置的类型与应用

随着我国对传统抗震设计的淘汰，新型隔震技术按种类和使用目的可分为以下几类：第一类是利用高度耗能的装置来抵消在桥梁结构里产生的地震能量，降低可避免的损害，如粘滞阻尼器；另一类是在桥梁的设计过程中，尽可能地延长结构的使用周期，如果再加以配置抵消地震能量的隔震装置，可大大提高隔震技术的抗震减震性能，例如摆式滑动摩檫支座、铅笔橡胶隔震支座等。

3.1粘滞阻尼器的应用

粘滞阻尼器的基本作用原理是根据流体运动，特别是当流体通过节流孔时产生粘滞阻力的原理而制成的，从而产生阻尼力和耗能等功能。粘滞阻尼器的推广与应用等同于给桥梁结构安装上一个“安全气囊”，它可最大限度地吸收和抵消地震队桥梁建筑结构产生的冲击能量，大大缓解了对桥梁结构的冲击和破坏。且如今推广的JZN系列粘滞阻尼器的介质是硅油，具有粘温系数小、性能稳定、抗辐射性能好等优点，提高粘滞阻尼器的使用寿命。另外，最有效的粘滞阻尼器是滞回阻尼，其可进一步地控制结构的变形。

3.2摆式滑动摩擦支座的应用

摆式滑动摩擦支座的基本作用原理是通过在曲面上产生的滑动摩擦来抵消地震能量，延长结构的自振周期，根据隔震方向分为球面、柱面两大类，前者用于结构水平的双向隔震，后者用于结构水平的单向隔震。

3.3铅芯橡胶支座的应用

铅芯橡胶支座的基本作用原理是在分层的橡胶支座中插入若干个铅芯，形成紧凑的隔震装置。铅芯具有良好的力学性能，能与橡胶支座有效地结合，是目前国内外桥梁隔震设计中应用最广泛的一门技术。由于使用较高纯度的铅，具有较高的屈服刚度与屈服强度，有利于应对地震迅速迸发的高能量对路桥结构的冲击，因而铅芯橡胶支座亦是国内外良好的隔震技术。

4、桥梁设计中隔震设计应注意的问题分析

为了更好的避免，桥梁设计中隔震设计出现严重的问题，协调基础隔震桥梁的基部体积非常重要。在建设有隔震桥梁的过程中，相关人员应注意保持桥梁结构和隔震层平移一致，使之设计可以达到成水平缝的目的，并使该项设计不会对桥梁的美观度产生重要的影响。在进行桥梁的隔震设备的过程中，应重点考虑桥梁隔震层的水平刚度是否适应水平方向地面震动的问题。

考虑这一问题，主要出于桥梁长期在室外使用，在自然环境下极有可能会遭遇风暴、剧烈地面震动等自然天气状况。只有保证桥梁的隔震层具有一定的刚度，在特殊情况下才能通过发生的柔软性变形，保护桥梁重要结构不受到严重的损坏。其次，严格按照施工要求，检查桥梁水平刚度中心位置与隔震层上部结构应保持重心一致。此外，还需安排专业的技术人员对隔震装置的竖向刚度以及装置的自动复位功能进行检查，确保隔震装置可以正常的进行工作。

结束语

随着我国桥梁工程不断的建设与发展，隔震技术因此也得到不断的创新与加强。尽管我国的隔震技术还处于初步的阶段，仍需不断引进国外先进的技术经验，完善桥梁工程的建设。总体来说，文章通过对隔震技术概念以及适用条件的阐述，以及与传统抗震技术的对比，提出新型的隔震技术在应用上的优势。为保证减隔震系统的功效，还需相关研究的进一步深入。

参考文献

[1]袁彪.关于桥梁设计的隔震设计的重要性研究[J].江西建材.2014（23）