滑移减震建筑分析论文

2022-04-17

摘要：自60年代来，随着地震工程学的发展，基础隔震的研究逐渐深入，隔震方法已被越来越多的国家和地区所接受，并开始大量应用于建筑和桥梁结构中。本文概述常用建筑隔震橡胶支座的分类、重点介绍建筑隔震叠层橡胶减震器的发展历程与主要申请人。下面是小编精心推荐的《滑移减震建筑分析论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

滑移减震建筑分析论文篇1：

滑移隔震的优势浅析

【摘要】本文通过SIMULINK动态仿真模块，进行进行滑移隔震与普通抗震的建筑进行时程分析比较，并通过工程实例探讨了两种防震手段的优劣，以此作为探讨基础。

【关键词】滑移隔震；SIMULINK動态仿真；时程分析

导言

自2008年汶川大地震到2011年日本大地震，这些无疑都在警示着地震已经进入活动期。防震抗震在建筑结构设计中的地位就更为重要。在2010年《中华人民共和国建筑抗震设计规范》中也进行了大范围的修改，加强了抗震的一些构造措施。与此同时，增加了对隔震和减震的一些规定。这种变化，显示了中国对于地震的态度，已经由以抗震为统治思想转化为以抗震为主，同时鼓励隔震和减震的发展。然而，中国在隔震和减震方面的研究和建筑实例还比较少，相关方面的研究没有系统化，成熟化。

本文将通过simulink动态仿真模块，进行滑移隔震与普通抗震的建筑进行时程分析比较，以此说明，滑移隔震在抵抗地震中的优势之处。

1.1滑移隔震的力学模型

随着隔震技术的应用，理论技术的加强，在新西兰，美国，日本已将隔震设计纳入建筑设计规范中。而各种隔震方法也被学者们不断的提出，以隔震方法建造的建筑也日益增多

如图1-1所示为多自由度体系的计算模型，其符合单自由度的基本假设。其在当体系处于啮合状态时，分别对各结构层进行受力分析得：

写成矩阵形式，即为：

当体系处于滑移状态时，对各结构层进行受力分析得：

其中：， —地震加速度， —单位向量， —摩擦力向量；

隔震体系滑移状态质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵分别为

、和

；

体系的位移向量、速度向量和加速度向量分别为：

1.2 simulink 仿真模型

采用matlab中simulink模块进行编程，其具体仿真模型如下图所示：

1.3 算例分析与对比

某多层隔震位于7度设防烈度区，类场地，其上部结构为3层结构，模型采用剪切型多自由度模型，上部结构的阻尼采用瑞利阻尼，阻尼比，各质点质量与刚度列于表 5-1，该结构摩擦层采用聚氟乙烯，滑动摩擦系数为0.04，采用El Centro波作为输入，最大幅值取2.2 ，相当于7度设防时罕遇地震的加速度峰值。

1.3.1结构参数的求解

（1）.从已有的结构参数基础上求得在复模态下结构的等效质量、刚度矩阵为：

上部结构采用瑞利阻尼，则其阻尼矩阵为：

（2）.求解自振频率和振型，以及振型参与系数

因为结构一般为小阻尼结构，根据研究前三阶振型的参与系数已经超过90%，故取前三阶振型

因为结构一般为小阻尼结构，根据研究前三阶振型的参与系数已经超过90%，故取前三阶振型。

1.3.2 时程结果分析

1.4 结论

由以上结果图形，很明显无论是加速度，还是位移，隔震体系地震反应曲线都比非隔震体系要平稳，反应的最大值得到很大的降低，最大位移大致降低25%，而最大加速度，顶层的加速度的隔震效果非常明显，最大加速度大致降低40%。这说明，滑移隔震体系可有效的降低结构的鞭梢效应，而一层的加速度的隔震效果就明显弱化。由此可见，滑移隔震在应对地震当中有着其自身的明显优势。

参考文献：

[1] 李宏男，王苏岩，贾俊辉；采用基础摩擦隔震房屋高宽比限值的研究[J]；地震工程与工程振动；1997年03期

[2] 毛利军，李爱群；基于SIMULINK的基础滑移隔震结构仿真计算分析[J]；东南大学学报（自然科学版）；2002年05期

[3] 毛利军，李爱群；建筑物滑移基础隔震结构的基本体系分解法[J]；东南大学学报（自然科学版）；2005年02期

作者：罗献燕

滑移减震建筑分析论文篇2：

浅析叠层橡胶减震器专利发展状况

摘要：自60年代来，随着地震工程学的发展，基础隔震的研究逐渐深入，隔震方法已被越来越多的国家和地区所接受，并开始大量应用于建筑和桥梁结构中。本文概述常用建筑隔震橡胶支座的分类、重点介绍建筑隔震叠层橡胶减震器的发展历程与主要申请人。

关键词：建筑物减震；地震；叠层橡胶；专利分析

一、引言

地震是一种危害极大的突发自然灾害，曾给人类带来无数的生命与财产损失，而人类也与其斗争的过程中，不断地进步，抗震理论与技术在实践中得到发展、完善。为此，在建筑物上部结构和基础之间设置滑移层，作为隔离装置，阻止强大的地震能量向上传递，即为基础隔振技术。

目前，国内外已经开发的各种地震隔震技术中，叠层橡胶减震器是较为成熟的一种，由于叠层橡胶减震器构造简单，性能稳定，已成为国际上隔震体系的主流。

按设置的隔震支座类别分类，如图1所示，77%的隔震结构仅采用叠层橡胶支座，同时也有部分隔震结构采用叠层橡胶支座和弹性滑移支座共同工作，几乎所有隔震系统中都设置一定数量的附加阻尼器，以达到更好的隔震效果。

目前常用的叠层橡胶减震器有3种：

（1）天然橡胶支座，由多层天然橡胶板与多层钢板相互叠合而成。天然橡胶耐老化耐蠕变性能好，但减震能力差，做隔震用途时，往往需要与其他阻尼装置配合使用；

（2）高阻尼橡胶叠层橡胶支座，采用高阻尼橡胶，具有隔震装置所需要的稳定支承、弹性复位和阻尼功能，可单独作为隔震装置使用；

（3）铅芯叠层橡胶支座，在普通天然橡胶支座的中空灌入铅芯而成，目的一是提高橡胶支座的阻尼，二是增加支座的早期刚度。

二、叠层橡胶减震器专利分析

通过全球申请人的国别进行统计分析，以期获得各国叠层橡胶减振器的发展技术水平。（如图2所示）。可以看出，目前叠层橡胶减震器申请量较大的三个国家分别为JP、US、CN，主要与这三个国家地震灾害频繁有关，而日本作为地震频繁的岛国，占有全球申请量的百分比最大。

全球申请量前11位的均为日本企业（如图4所示），其中，清水建设株式会社（Shimizu）在叠层橡胶支座的全球专利申请量为第一，其为一家跨国建筑公司，主要从事房屋工程的建造与装饰。而全球专利申请量排在第二位的普利司通（Bridgestone）株式会社则是世界最大的輪胎及橡胶产品生产商，其隔震橡胶产品在日本市场上占有最大份额。

而国内的主要申请人进行分析发现，目前国内有关叠层橡胶减震器的研究主要集中在高校，以北京工业大学为最多，北京工业大学设有地震研究所，其于1976年唐山大地震之后成立，主要从事地震预报的研究工作。

全球申请人排名分析，排名靠前的申请人全部为日本各大建筑企业或橡胶产品生产商，这主要是因为日本的地震较多，本国应用市场规模大，重视研发，减震技术成熟，其发明主要应用于本国市场，在中国申请量较少有关。

相对于全球主要的申请人，我国主要申请人大多数是高校，分析其原因，一方面是因为我国叠层橡胶减震器研究起步晚，现有较多的基础研究在高校中进行，另一方面，国外对叠层橡胶减震器的关键技术进行封锁，同时地震的地域性限制，使得我国对叠层橡胶减震器产业化很慢。

下图为叠層橡胶减震器不同时间段的申请量，可以看出，叠层橡胶减震器的申请量呈现出的是递增的趋势，且我国在2004年以前的申请量明显小于世界申请量。

三、总结

目前，使用叠层橡胶隔震支座作为隔震系统的主要组成部分是世界各国隔震结构设计的主流，随着我国建筑叠层橡胶隔震支座工程应用实践的成功、国家抗震减灾措施的落实、建筑隔震橡胶支座应用技术的进步以及人们抗震意识的提高，叠层橡胶隔震支座的应用将日益广泛，发展前景广阔。

作者：骆雪芹

滑移减震建筑分析论文篇3：

土木工程隔震方法综述

摘要：目前工程常见的隔震系统有叠层橡胶支座隔震系统、滑移支座隔震系统、套管桩隔震系统、弹簧隔震系统、摆动隔震系统。文章将对叠层橡胶支座隔震系统和滑移支座隔震系统进行概述

关键词：隔震；橡胶支座；滑移支座

隔震、耗能减震与其他结构控制技术能为结构控制提供有效、经济、简单、可靠的抗震新方法。隔震技术是采用一种特殊的措施来隔离地震对上部结构的影响，使建筑物在地震时只产生很小的振动，不致造成结构和设施的破坏，并能保证结构物上的重要设备和仪表正常运行。

1 隔震系统概述

1.1 叠层橡胶支座隔震系统。叠层橡胶支座隔震系统是目前工程中最常用的隔振系统，该支座是由一层层的薄钢板和橡胶相互叠置，经过专门的硫化工艺粘合而成，其结构、配方、工艺需要特殊的设计，属于一种橡胶厚制品。隔震橡胶支座的力学性能如下：第一，受压性能。隔震橡胶支座的受压性能的纵向承载能力比橡胶自身大得多，与同样截面的钢筋混凝土柱子相当。第二，受拉性能。隔震橡胶支座受拉时的弹性刚度只有受压时的1/10左右。多层橡胶经过较大的受拉变形后再压缩时，受压刚度降低为初期刚度的1/2左右。第三，耐久性。隔震橡胶支座的耐久性能取决于橡胶。采用耐久性能好的橡胶作保护层，以NR表面覆CR和聚四氟乙烯的橡胶符合支撑体的耐久性可长达100年。因此，隔震橡胶支座作为结构构件，其耐久性能与建筑物寿命相当。常用的橡胶隔震支座有：天然橡胶支座（NB，Nature Rubber Bearing）、铅芯橡胶支座（LRB，Lead plug Rubber Bearing）、高阻尼橡胶支座（HDB，High Damping Rubber Bearing）等。

1.1.1 天然橡胶支座。天然橡胶支座由连接钢板、橡胶层和夹层钢板组成。其基本性能如下：第一，天然橡胶支座竖向承载能力。支持垂直承载力和天然橡胶轴承基本相同；第二，天然橡胶支座的水平变形能力。天然橡胶支座的水平变形能力也很出众，剪切变形达到300%仍能保持稳定.无故障，因此，其抗震能力不错；第三，天然橡胶支座的复位能力。天然橡胶支座具有优良的变形能力与复位能力；第四，天然橡胶支座的耐久性。RB轴承使用lO年后，其性能保持不变，并预计只有3%在60年后下降性能。

1.1.2 高阻尼橡胶支座。国产高阻隔震橡胶支座按照国标GB20688设计的产品又称HDR支座，它是在天然橡胶中加入各种配合剂，用来提高橡胶的阻尼性能（增加滞后损失，降低其储存模量），然后利用这种具有阻尼效果的橡胶制成的与普通橡胶支座结构近似的一种钢板和橡胶通过热硫化构成的叠层产品。该产品隔震性能好，适用范围广，是一款性价比较高的新型桥梁和房屋建筑产品。因其加工制造工艺简单，产品力学性能可靠，在5.12大地震之后得到了广泛的应用和发展。高阻尼橡胶支座有以下优点：第一，竖向承载力、水平恢复力、阻尼（吸能）三位一体；第二，支座滞回特点（载荷-变形曲线）饱满、耗能显著；第三，橡胶配方改进、等效阻尼比可达12%以上；第四，维修管理成本低（无需其他阻尼装置）；第五，大震后残余变形极小，无需更换；第六，高阻尼支座表面覆盖有橡胶保护层，保护内部橡胶不受臭氧、紫外线影响，具有更好的耐老化性，50年等效阻尼比降低不到2%；第七，HDR高阻尼橡胶的温度依存性较低，广泛用于不同气候地区；第八，HDR高阻尼橡胶与天然橡胶一样拥有比较优越的蠕变性能；第九，环保无污染。

1.2 滑移支座隔震系统。基础滑移隔震是把建筑物上部结构做出一个整体，在基础部位设置低摩擦的滑移元件和限位元件等，通过相对滑移和摩擦耗能有效限制地震能量向上部建筑传递和下部反馈。摩擦滑移装置承担上部建筑的全部荷载，而限位机构仅提供水平向的限位作用，此外还可安装阻尼器等耗能装置。因其安全可靠、造价低廉、简单实用受到了工程界的一致认可。研究表明，滑移隔震技术能大大地降低房屋上部结构的地震作用，起到良好的隔震效果，真正做到房屋在罕遇地震下“大震不倒”。基础滑移隔震支座的构造、材料是隔震系统效率高低的关键。目前常用的滑移隔震支座有：砂垫层隔震支座，石墨垫层滑动支座，钢珠、辊轴滚动支座，聚四氟乙烯滑板摩擦支座，回弹滑动支座，滞变-摩擦基础隔震支座，直线式滑动支座等。

1.2.1 砂垫层隔震支座。砂垫层隔震减震是利用基础底面和地基之间一定厚度砂土垫层的大阻尼、易于流动耗能显著及界面相对滑移的特性，实现在地震作用下减轻上部结构动力响应的振动控制。砂垫层隔震属于褥垫层隔震的范畴，在建筑物基础和地基之间铺设一定厚度、密实度和含水量的砂垫层，来控制地面运动向上结构的传递，既要满足建筑物的功能性、使用性、安全性的要求，又要在遇到大地震作用时，保证建筑物不倒塌，从而达到抗震设防的目的。研究结果表明：第一，砂垫层水平刚度较大，多遇地震作用下不能有效地延长结构的自振周期、远离地震动的卓越周期，但通过砂垫层滞回耗能能够减轻上部结构动力响应，一定程度会出现加震的现象；第二，在罕遇地震作用下通过垫层和基础界面相对滑移与砂垫层滞回耗能能够有效地降低上部结构的动力响应；第三，砂垫层隔震结构的动力响应及隔震效果主要取决于砂垫层的土动力学特征参数（厚度、面积、砂垫层土体剪切模量、密度、接触面滑移系数等）和上部结构的动力特征（质量、阻尼、刚度）；第四，随着砂垫层厚度的增加，隔震效果会增加，但不显著；随着砂垫层滑移系数增加，隔震效果劣化；随着地震动强度的增加，砂垫层隔震效果显著增加。

1.2.2 石墨垫层滑动支座。石墨膏泥是较为理想的一种低摩阻滑移材料，一般摩擦系数为0.23，造价低、耐压力大、耐久性好、滑移性能稳定。由此作为摩擦滑移材料的构成的隔震系统造价低，特别适用于我国量大面广的砌体房屋。试验与理论研究都表明了在大地震时，隔震层的构造确实能大大提高多层砖房的抗震性能。石墨垫层隔震系统总体隔震效果好，工程造价低，特别适用于我国量大面广的砌体房屋。但存在设计、耐久性、震后复位等问题。

2 结语

本文总结了两种隔震系统，并概述其隔震性能及优缺点。不过，这些隔震方法的应用有的并不是单一的，因此在选择时，应根据建筑物抗震的需求以及其他条件，合理选用。

参考文献

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[2] 黄永林，孙建国.8级大地震安全性与隔震设计[A].中国八级地震研究及防震减灾学术会议论文集[C].北京：地震出版社，2001：264-269.

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[8] 蔡康锋.滑移隔震技术及其在村镇建筑中的推广应用研究[D].安徽理工大学，2012.

[9] 李海涛.村镇建筑砂垫层隔震性能研究[D].哈尔滨工业大学，2011.