土木工程结构减震措施探析

摘要：本文以土木工程结构抗震性能原理分析为基础，通过采取一定的控制措施以减轻或抑制结构由于动力荷载所引起的反应，达到结构减震的目的。
关键词：土木工程 结构减震
前言
随着土木工程建筑高度的不断增加和轻质高强材料的大量使用，高层建筑的刚度日益降低，对地震也越来越敏感。传统的单纯依靠增加结构刚度的抗震方法

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显然已经不再适应要求，取而代之的是结构减震控制措施。结构减震控制是指在土木工程结构特定部位，设置某种控制装置或施加外力，改变或调整结构的动力特性或动力作用，以减小工程结构振动反应的技术,对建筑物进行振动控制有着重要意义。

一、基础隔震设计

由地震反应谱知，随周期的增大，加速度反应谱逐渐减小，通常低层建筑物的刚度很大，因而周期短，地震时输入其中的加速度较大，所以如果采取措施加大延长结构基本自振周期，使其远离场地的卓越周期，使结构的基频处于地震能量高的频段之外，将会有效地降低建筑物的输入加速度，从而达到减震的作用。
基础隔震是在建筑结构底部与基础顶面之间设置隔震控制体系，使上部结构与基础分离。通过隔震体系隔离地震波向上部结构的输入，延长结构基本周期，减小输入上部结构的地震能量，降低建筑物地震反应，使结构加速度反应减小，实现地震时建筑物只发生较轻微的运动和变形，从而保障建筑物的安全。
目前应用比较广泛的基础隔震技术主要有橡胶支座。橡胶支座由橡胶片和薄片增强钢板粘硫化加工而成。它的水平向刚度较低，而垂直向刚度很高，在地震作用下，有足够的竖向刚度以承压垂直荷载，能将上部构造的反力可靠地传递给墩台。同时橡胶支座有良好的弹性，以适应梁端的转动。又有较大的剪切变形以满足上部构造的水平位移。橡胶支座安装时首先由建筑上部结构计算出每个支座上的轴向力，确定每个支座的直径。再进行隔震支座的平面布置，先使支座和支承垫石按设计要求准确就位。架梁落梁时，T型梁的纵轴线要与支座中心线重合，板梁、箱梁的纵轴线与支座中心线相平行。为落梁准确，在架第一跨板梁或箱梁时，可在梁底划好两个支座的十字位置中心，在梁的端立面上标出两个支座的位置中心线的铅直线，落梁时使之与墩台上的位置中心线相重合。同时使梁两端的支座处于同一平面内，梁的纵向倾斜度应加以控制，以支座不产生时显初始剪切变形为佳。

二、安装阻尼器

在土木工程结构中安装阻尼器装置使阻尼器和主体结构一起工作，相当于给原结构增加了附加阻尼，共同吸收和耗散地震输入的能量。结构在小震或风载作用下，阻尼器装置与原结构处于弹性工作状态，结构的刚度、强度和舒适度均满足正常使用要求。在强震或强风作用下，阻尼器装置先进入非弹性状态，产生较大的阻尼，吸收和耗散了大量的地震能量，使主体结构的动力反应减小，达到减震目的。

1、阻尼器的类型及工作原理

阻尼器有如下类型：①粘弹性阻尼器：粘弹性阻尼器由粘弹性材料和约束钢板组成。它对结构进行振动控制的机理是将结构振动的部分能量通过阻尼器中粘弹性材料的剪切变形耗能耗散掉，从而达到减小结构反应的目。②摩擦型阻尼器：摩擦型阻尼器基本机理是通过摩擦进行消能减震。本身虽只具有理想弹塑性的特点，但可通过与主体结构串联或并联使用，获得具有接近双线性滞回特性的消能效果，具有良好的库仑特性，消能减震明显。③粘滞阻尼器：在土木工程结构中，大跨空间结构节点和单元数目众多，结构自由度非常庞大；振型分布密集，振型之间的藕联严重；结构相对较柔，在风荷载或环境随机振动下，结构的振动反应可能过大不满足使用要求等。粘性流体阻尼器具有能在宽频域范围内使结构保持粘滞线性反应、对温度不敏感、冲程和输出力大，具有良好的可靠性和耐久性，比较适用于大跨空间结构土木工程。

2、阻尼器的安装

在土木工程建筑结构平面内，阻尼器应尽量布置在结构地震反映最大的地方，以便充分发挥其耗能减震特性。在结构梁柱节点或梁节点处设置阻尼器，形成各种消能节点。大型屋盖和柱头间的连接可能是铰接，也可能是允许自由滑动的支座。这一部位安放阻尼器不仅可以增加整体结构的阻尼，还可以大大限制屋盖和柱子间的相对位移，对大风和地震都可以起到很好的减震作用。

三、混凝土结构抗震设计

土木建筑结构构件震害一般是梁轻柱重，柱顶重于柱底，尤其是角柱和边柱易发生破坏。除剪跨比小短柱易发生柱中剪切破坏外，一般柱是柱端的弯曲破坏。同时，当柱侧有强度高的砌体填充墙紧密嵌砌时，柱顶剪切破坏严重，破坏部位还可能转移至窗洞上下处，甚至出现短柱的剪切破坏。因此，土木工程中混凝土结构概念设计和细部构造设计对于目前抗震设计方法和未来基于性能抗震设计仍将是很重要的组成部分。
混凝土结构抗震设计原理一是通过调整构建之间承载力的相对大小，实现合理的屈服机制，即“强柱弱梁”、“强墙肢弱连梁”、“强核心区弱构件”。 根据我国抗震规范通过调整汇交在同一节点的梁端截面受弯承载力与柱端截面的正截面承载力的相对关系实现梁铰机制。“强柱弱梁”措施是为了使梁端铰较早地出现，使柱端的塑性铰出现较晚，或根本不出现。梁铰机制之所以优于柱铰机制是因为梁铰分散在结构各层，即使梁端全部形成了塑性铰，结构仍不会形成机构，不至于受震时立即倒塌。二通过调整构件斜截面承载力和正截面承载力之间的相对大小，实现构件延性破坏形态，即“强剪弱弯”。适筋梁或大偏压柱，在正截面破坏时可以达到较好的延性，可以吸收和耗散地震能量，使内力重分布得以充分发展。而钢筋混凝土梁柱在受到较大剪力时，往往呈现脆性剪切破坏。“强剪弱弯”措施，是在进行框架梁、柱设计时，应当人为加大柱端、梁端和节点的组合剪力值，即加大这些部位相对于正截面承载力的抗剪能力，使结构能在大震引起的交替非弹性变形过程中，其任何部位都不会首先发生剪切破坏。
参考文献：
亓兴军,李小军,刘萍. 土木工程结构减震控制方法综述[J]. 工业建筑, 2006,(08) .
杜琨. 振动控制技术在土木结构工程中的应用[J]. 安徽建筑, 2005,(03) .
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