叠层橡胶隔震支座论文

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　　强实科技叠层橡胶隔震支座解说词  
$ I' {( P% e, E, L) M5 p　　第一部分：地震与建筑物的破坏

地震是人类社会遭受的最严重的自然灾害之一，地震后留给人类最惨烈的一幕莫过于建筑物的破坏和倒塌给人们的生命、财产造成的重大损失。据数据统计，如果忽略建筑物的破坏和倒塌给人类社会造成的损失，地震的危害是微乎其微的。

: @# o& v( z5 V! g0 O那么在地震中建筑物为什么会被破坏和倒塌呢？我们先来了解一下地震。
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我们的地球就像一颗在宇宙中飞行的“碎”鸡蛋：
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5 ]0 v" F$ i% ?' q1 p; d( t3 O# ?蛋黄——地核，平均半径3500km，温度在3700摄氏度以上，压强在3600MPa以上，主要由镍铁组成；

蛋青——地幔，平均半径2900km，由温度很高、密度很大的黑色橄榄岩等超基性岩石组成；
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. ^, n( y- e% H" t* d蛋壳——地壳，大陆地壳较厚，平均半径35km；海底地壳较薄，平均半径7km。

所以实际上我们的地球每天发生上万次的地震。其中5级以上的强烈地震每年约1000次，这些地震主要发生在海底，所以我们很难感受到。
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发生地震的三种原因：

9 b( k8 j7 R. a8 r一、由于地幔物质的温度高，有时会从地壳的板块之间喷冒出来，伴随火山爆发，形成火山奇观，形成火山地震；

6 X6 c2 N: G  I  w( M+ o二、一些人类活动，如人工爆破、大型爆炸、矿山开采、修建水库等诱使地壳振动，形成诱发地震；

三、由于地球的地壳已碎成了许多块，块与块之间相互作用，当超过岩石的承受极限时，该处岩石就会发生猛烈的错位或突然的脆性断裂，瞬间释放出巨大的能量，从而诱发大地的强烈地震，我们称其为构造地震。

& J2 n" A) R3 b0 `/ G8 m( @" o地球上的地震绝大多数是构造地震，占地震发生总数的90%，我们所说的建筑抗震要抗的也是构造地震。
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. t2 k6 _) [" D# p7 _构造地震常常发生在已有的断层上，因为地壳岩石发生断裂后，岩石的强度大幅度降低。当岩石与岩石之间发生错位或由于碰撞发生脆性断裂时，其作用处就是一个震源，震源对地震的能量以波的形式向外传递，这就是地震波。地震波首先从震源在地球内部向四面八方传播开去，故称为体波。体波传播到地表或地壳的不同地质界面，被多次折射和反射，我们叫它波的剪切，形成沿地表或不同地质界面传播的次生地震波，叫面波。那些逃过折射和反射而直接到达地表的少量体波叫纵波，纵波的能量是有限的，所以我们在感觉到地震较大能量的前10s左右有一次小的地震预警，那就是纵波的能量，因为纵波传递的速度比面波快。纵波的能量是很小的，真正给人类造成重大损失的其实是经过物质地壳物质反复折射和反射最后在地面汇聚在一起的面波。而能使建筑物在地震中发生破坏和倒塌主要是面波。

建筑物在受到地震面波的强烈被迫性振动时，建筑物会有所反应，其自身就成为一种振动体系开始振动。我们称这种振动叫动力相应或动力反应或叫做共振。影响建筑物振动的运动状态主要取决于它三个方面的物理特性：质量分布、弹性性能分布（柔性和刚性）、耗能机制。我们称这种耗能机制为阻尼。

那么我们现在明白了：如果要是建筑物在地震中不被破坏和倒塌就必须在建筑物的质量分布、弹性性能分布和阻尼这三个方面来解决问题。
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第二部分  叠层橡胶隔震支座的组成和工作原理
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! ~1 v8 U+ L% K2 z% b- A
) R2 n. }9 U- Z; ~+ R本公司产品是由华中科技大学唐家祥教授等人研制，由中国地震局、中国工程力学院研究所博士生导师戴君武教授，中科院高分子化学专家、四川大学教授、全国政协委员、杰出科学家、博士生导师吴大成博士；华中科技大学等5名教授、专家作为我公司技术研究和顾问。
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; x" y3 E: R2 f! l% R3 T) r! h6 K; q并与2001年在华中科技大学实验成功，写入了中国建筑隔震设计规范“GB50011——2001”。于2000年3月得到中国建设部和甘肃省建设厅的鉴定，开始推广使用，在5.12大地震中受到极限考验。

我们公司的产品——叠层橡胶隔震支座能有效地在这三个方面进行突破。先来看看我们公司的产品图片，了解一下产品结构：
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1、外部是高分子复合材料组成的外保护层，使隔震支座具有更高的耐老化能力（耐高低温老化和臭氧老化）、耐水性、耐酸碱腐蚀、耐火性等。
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; T- `: M  T. @3 Q2、有可靠的上下连接板，使隔震支座与上下结构构件可靠连接，起力量波的剪切和平均分布竖向荷载力的作用。
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3、中间是由内部橡胶层和钢板加强层组成的橡胶隔震支座。隔振器的作用：支撑建筑物的全部质量；延长建筑的自振周期，降低建筑物的自振反应；有良好的恢复力，使它在地震之后有能力恢复到原来的位置。
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隔震支座中采用的工程橡胶的含胶率在60%以上，它的特点是：有较高的强度和变形能力（在JG118——2000中规定橡胶的邵氏A硬度在45~55之间时：25%定伸应力0.3MPa、300%定伸应力3MPa、拉伸强度来确定17MPa，与橡胶的硬度有关，硬度越低，拉扯伸长率越大。）、耐久性、耐臭氧老化等物理特性。
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" R: [+ f- Q" f9 m. \* ]/ \( P由于在橡胶层中加设钢板，(在JG118——2000中规定薄钢板是橡胶层厚度的1/3，但最低不得小于1.5mm。）并且橡胶层与钢板紧密黏结，当橡胶支座承受竖向荷载时，橡胶层的竖向变形受到钢板的约束，使橡胶支座具有很大的竖向承载力和竖向刚度。当橡胶支座承受水平荷载时，薄钢板不影响橡胶层的剪切变形，使其具有较小的水平刚度，仅为竖向刚度的1/500~1/1500（竖向刚度在500吨~3000吨）。
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4、在隔震支座的正中央是一个铅芯阻尼器，它能够增加隔震支座的阻尼力，增强阻尼比。阻尼器的作用：吸收地震能量，抑制地震波中中长期成分对隔震建筑带来的大变位，并且在地震后帮助隔振器迅速恢复原位。

! v8 T0 S5 t' k9 ^# V9 l在橡胶隔震支座中央插入了铅芯，铅芯具有良好的力学特性，能与叠层橡胶支座较好地结合，使其成为一种比较合适的减隔震材料。具有较低的屈服剪力（约10MPa），较高的初始剪切刚度（G约为130MPa），性能为理想弹塑性且对于塑性循环具有很好的耐疲劳性。此外，容易得到纯度较高的铅（99.99%），使其力学性能比较可靠。铅芯提供了地震作用使下的耗能能力和静力符合下所必需的屈服强度和刚度，在较低水平力的作用下，因具有较高的初始刚度，所以变形很小，在地震作用下，由于铅芯的屈服，一方面消耗地震能力，另一方面刚度降低，达到延长建筑物自振周期的目的。

2 b" i3 D' R4 C' _. l# a这样我们就得到了具有科学性、安全性、经济性隔震支座产品，它是由：上下连接板、内部橡胶层、钢板加强层、耗能铅芯和外保护层组成的。



% {& l. Q" R7 b# C' M第三部分  叠层橡胶隔震支座的优越性能


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, ?" t" O. N! h: O隔震支座产品彻底改变了传统建筑结构中采用“强化”结构的抗震方法，而是采用“软化”结构、“以柔克刚”隔离地震的新途径，即在建筑物底部与基础之间设置水平柔性的隔震支座，来控制地震力向上部结构的传递，使建筑物隔震系统软化，降低刚度，延长结构的基本自振周期。
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. P- v% Y$ l0 {/ i8 J1 }3 }我们刚才局部分析了隔震支座各个零部件的作用，那么一个整体的隔震装置在地震中还能起到什么样的作用呢？

" B; `, C/ F. C/ S1 [- E) E一个整体的隔震支座的的工作原理是：利用隔震支座延长建筑物自振周期，并给予适当阻尼使结构物的加速度大大减弱，并让建筑物的变形能量主要由隔震支座来承担，而不是由建筑物本身的相对变形来承担，因而在地震过程中输入给上部结构的能量很小，为建筑物的地震防护提供更好的安全保障。
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因此一个完整的隔震支座产品还具备以下优势：

1、隔震支座能使建筑物隔震层具有较小的刚度，以使结构体系的自振周期大大延长，远离地面振动的卓越周期，把地面输入的能量隔开，有效地降低结构的加速度反应；
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' k8 G& }. h- c  _- I（地震时地面运动的主要周期成分约为0.1~1.0s，它包括建筑物基本自振周期0.1～0.5s；地震面波卓越周期0.3～0.5s；地震动力周期0.2～0.8s，三者非常接近。地震发生时，建筑物很容易发生共振效应。由于隔震装置的水平刚度远小于上部结构的层间刚度，能使建筑物的自振周期延长到2~5s，从而减小结构的地震反应，上部结构加速度反应可降低为传统建筑结构加速度的1/4~1/12。）
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2、隔震支座具有足够的初始刚度，在风荷载或轻微地震地震作用下隔震支座具有足够的弹性刚度。设置地基微震动与风反应控制装置是为了增加隔震系统的早期刚度，使建筑物在风荷载与轻微地震作用下能够保持安定，满足正常使用要求。
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1 W3 o5 v) K. D8 b3、隔震支座能够提供较大的阻尼，具有较大的耗能能力，防止隔震支座产生很大的变形，避免结构发生倒塌；
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（传统建筑物的的阻尼比一般是在0.05，而隔震支座的中央有一个铅芯阻尼器，可以使隔震建筑物比传统建筑物建筑物的抗震能力提高到0.40~0.60。）
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4、隔震支座具有较小的水平刚度。
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（由于橡胶的剪切模量很小，支座具有较小的水平刚度，仅为竖向刚度的1/500~1/1500，竖向刚度在500吨~3000吨。使上部结构在地震中的水平变动，从传统抗震结构的“放大晃动型”变为隔震结构的“整体平动型”，从激烈的、由下到上不断放大的晃动变为只作长时期的、缓慢的整体水平平动，从有较大的层间变位变为只有很微小的层间变位，因而上部结构在强地震中仍处于弹性状态。）
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5、隔震支座具有自复位能力，防止隔震层过大的位移反应和减小震后残余位移；

: T; u( l* S; g" M/ v- B（隔震支座的水平变形刚度较小0.25~1.8kN/mm之间，水平极限的允许位移较大800~1000mm，初始刚度可足够大，当强地震发生时，隔震支座既能自由柔性滑动，而变形过大是，刚度回升，具有保护和限位作用，具有较大的复位能力，可在多次地震中自由瞬时复位。）
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. Y$ Q( @  z/ b  ~* F4 K6、隔震支座具有足够竖向刚度，在任何情况下不至于丧失竖向承载力，以保证结构不会因竖向刚度失效而损坏。

2 b8 j) {" @) B) L2 x（隔震支座具有很大的垂直承载力，即很强的垂直压缩能力（500吨~3000吨），竖向承载力安全系数高达10，确保建筑物在使用状态下的绝对安全。）
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' U. Z. S1 Y& g6 N" }' s& {所以隔震支座能在吸收大量地震能量的作用下产生水平变形，非常有效地把地震动力隔离开。而铅芯阻尼器有限制了隔震支座的过大位移，保证建筑物“大震不到”，从而达到抗震设防的目的。

基础隔震体系与传统结构相比，具有不可替代的优越性，概述如下：

1、隔震体系明显有效地减轻结构的地震反应。与传统结构相比，一般可以大大减轻结构加速度反应，使上部结构基本处于弹性工作状态，保证结构物的安全，降低了地震作用的不确定性，从而达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防要求。

2 m6 z$ T! b$ X3 i) b& @2、隔震体系使结构的变形主要局限于隔震层，上部结构自身相对变形大大减小，甚至强震时仍保持在弹性范围内，从而使结构及其内容物不受地震灾害的损坏。

& O7 u" o7 ]- g- ?+ y# M! M% g3、隔震体系即使在地震作用后产生较大的永久损坏，它的复位、更换、维修也很方便，只需对隔震装置进行必要的修复，而无需考虑结构物本身的修复，震后可以很快恢复正常生产和生活，具有明显的社会和经济效益。

4、抗措施简单明了，减震机理合理、明确，抗震设计只需考虑隔震层的隔震设计，目的明确，无需考虑复杂的抗震节点设计。
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5、基础隔震系统既可以应用与重要建筑物，也可以应用于一般房屋结构；既可以应用于新建建筑物也可以应用于已有建筑物的抗震加固改造。

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2 \# [4 z7 i5 O; n3 p第四部分   叠层橡胶支座的适用范围

结构隔震方法在重要政府机关、核电设施、大型公共建筑、生命线工程、交通桥梁工程、精密防震设施等建筑物中有着广泛的应用前景，它尤其适用于：

1、对于具有重大社会机能的、确保安全的建筑结构和设备，如政府办公楼应急指挥部、警察局、银行、档案室、消防站、医院、和生命线工程（输水、供电、通信、交通、煤气、热力等）的枢纽建筑，要求在地震灾害下仍能正常运行；
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2、地震区的重要建筑物或不允许在地震中出现裂缝和损坏的建筑，如建筑物昂贵的非机构构件（玻璃幕墙、饰面、公用设施等）、具有重大历史价值和文化价值的历史文物建筑、纪念性建筑、核电站、导弹发射基地等；

0 e# g# T4 s* I1 j) ?% O3、内部有机密的或严格要求防震的仪器设备的建筑物，如计算机中心、精密仪器设备及厂房、化学试验室、微生物试验室、毒品间、易燃易爆物品等危险材料储存室；
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6 y7 ?9 A+ V. D- @* q" Q, J4、地震灾害后产生严重次生灾害的建筑物和构筑物，如石化储运系统、水池、贮气罐储藏室、变压室等危险点源受损后会造成爆炸、辐射、火灾等的建筑物；
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, m  Z  ]+ }. b. y8 u4 V5、处于局部振动环境的建筑物，如临近地铁的民房、建筑物局部有严格防震要求的局部隔震物等；

6、地震区中低层公共建筑，如学校、办公楼、影剧院、图书馆等；
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7旧有建筑物、构筑物或设备的抗震加固和改建。

9 j' I  Q, o2 m( ^* P$ ^# D基础隔震技术正不断成熟和发展，并已经成功地应用于量大面广的一般民用建筑中，基础隔震技术必将为人类最终战胜地震灾害提供可靠的保障。

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第五部分  隔震建筑在5.12大地震中经受了极限考验

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# h% v* O- Q. A  R) p5.12大地震后，甘肃省建设厅派出了五个专家小组对震后的隔震建筑和非隔震建筑进行了调研。调研采用现场观察室内外墙体、粉刷层的完整度、走访住户、观察隔震层的结点构造及移位和可能出现的残余变形等方法，于5月24日专家结论为：许多同类型的非隔震建筑墙体多处出现裂纹，五层砖混结构的建筑物都有不同程度的损坏，内部家具、电器设备、厨具等翻到情况严重，耐震房屋基本有倒塌现象，住户反映感到房屋有剧烈摇晃和摇摆，许多中老年人感到头晕恶心；而隔震建筑则行成强烈反差，在这次地震中经受住了残酷的考验，主体结构没有任何的损坏，墙体无地震引发的裂缝，建筑物有缓慢的平动，住户没有站不稳的感觉，地震感觉不强烈，值得一提的是甘肃陇南武都县在地震强度高达9度的情况下，该县北山区邮政职工住宅用隔震支座的三座6层砖混结构却完好无损，孤傲地屹立在地震后的一片废墟之上，好像在警示和提醒人类对隔震支座和隔震建筑的重新认识和使用。因为在5.12大地震中隔震建筑和非隔震建筑形成了鲜明的对比。



第六部分  叠层橡胶隔震支座的安装和经济性
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$ F$ l1 d! |: r$ h1 A隔震支座的安装：根据橡胶支座隔震技术规范“CECS126：2001”之规定，隔震支座应安装在第一层以下地基以上的部位，因为它要给建筑物提供必要的竖向承载力、侧向刚度和阻尼；穿过隔震层的设备配管、配线，应采用软性连接或其它有效措施，以适应隔震层在罕遇地震下的水平位移。

对于原有建筑物的恢复重建可以采用建筑整体迁移技术。
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隔震支座的经济性：
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1 z% c1 f1 a( K* g" I6 X" r, ?采用叠层橡胶支座以后，以建筑物达到相同的抗震能力为衡量标准，当抗震设防基本烈度为9度时，与相同规模非隔震建筑物相比，隔震后建筑物的土建造价最高可节省月15%~20%；8度时，最高可节省土建造价10%；7度时基本不节省造价或略有增加1%~5%；6度时，土建造价增加约10%。

, G6 n2 r: X+ K, u9 ~1 @- r但实际设计在6、7度设防时，采用隔震支座后，建筑物的实际抗震能力已远远大于相同非隔震建筑物的抗震能力其带来的安全储备可大幅度提高到2~10倍，可以再增加一层建筑。
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, W$ `0 \& r8 U以甘肃兰州的一个工程为例：原结构概算总价为220万元，隔震结构概算总值为226万元，但是采用隔震支座后，建筑物的使用面积增加，售价比祥临房屋增加100元/平方米。

多遇地震隔震与非隔震建筑物层间剪力对比

（剪力值单位：kN）

楼层	隔震建筑	非隔震结构	剪力比%
6	80.52	223.1	36.1
5	192.1	516.7	37.2
4	299.2	516.7	37.8
3	399.8	1051.1	38.0
2	841.7	2245.2	37.5
1	589.6	1584.7	37.2
隔震层	586	& M& y6 L3 X! }  m	# \: @1 m+ e/ A

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罕遇地震下隔震与非隔震建筑物水平位移反应对比

（位移单位：mm）

楼 层	非隔震				隔震
	水平位移		层间位移	层间位移角	水平位移	层间位移	层间位移角
6	300.19		3.4	1/1059	250.03	1.48	1/2432
5	296.79		6.38	1/564	248.55	2.79	1/1290
4	290.41		9.47	1/380	245.76	4.1	1/878
3	280.94		11.15	1/323	241.66	4.78	1/753
2	269.79		14.77	1/244	236.88	6.05	1/595
1	255.02		255.02	1/71	230.83	102.5	1/177
隔震层		) S9 T# Q4 ]1 {# D2 {/ w( f			127.78	128.78

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隔震与非隔震建筑的自振周期比较

（自振周期单位：s）

阶 数	非隔震建筑		隔震建筑		比值%
	自振周期	振型主要特征	自振周期	振型主要特征
1	2.551	1阶纵向X轴	4.568	1阶纵向X轴	55.84
2	2.212	1阶横向Y轴	3.354	1阶横向Y轴	65.95
3	2.049	扭转	3.042	扭转	67.35
4	0.862	2阶纵向X轴	1.132	2阶纵向X轴	76.10
5	0.422	2阶横向Y轴	0.502	3阶纵向X轴	83.95
6	0.401	扭转	0.440	2阶横向Y轴	91.19
7	0.399	3阶纵向X轴	0.419	扭转	95.20
8	0.265	1阶竖向	0.324	高阶横向	81.70

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路过，学习下。