浅谈建筑与土木工程抗震

浅谈建筑与土木工程抗震

郑军

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摘要

建筑与土木工程抗震是一个涉及多个学科的复杂问题,需要从结构设计、材料选择、施工工艺等多方面入手。传统的钢筋混凝土结构虽然具有一定的抗震性能,但在强震作用下容易出现剪切破坏、变形过大等问题。为此,人们不断探索新型抗震结构形式,如采用新型高性能混凝土材料、纤维增强复合材料、减震隔震装置等,以提高结构的耗能能力、延性和可恢复性，需要加强对建筑物抗震性能的数值模拟分析,优化结构设计,满足不同地区的抗震要求。建筑与土木工程抗震是一个系统工程,需要多学科交叉融合,持续创新,才能为人类营造更加安全、舒适的生存环境。

关键词: 抗震建筑, 土木工程, 结构设计, 耐震性, 减灾措施

1 引言

建筑与土木工程抗震设计是确保工程结构安全、减少灾害损失的关键措施。地震是一种自然灾害,具有突发性、破坏性强等特点,给人类生命财产安全带来严重威胁。通过合理的抗震设计,可以有效提高建筑物和土木工程结构的抗震性能,在地震发生时保护人员生命安全,降低财产损失近年来,随着城市化进程加快,高层建筑和重大基础设施工程不断增多,抗震设计的重要性日益凸显。传统的抗震设计主要依赖提高结构强度和刚度,但这种方式往往会导致结构重量增加、施工难度加大等问题。现代抗震理念更加注重结构的延性和耗能能力,通过适当的变形吸收地震能量,提高结构的抗震可靠性。新型高性能材料和新型抗震体系的应用,为抗震设计提供了更多选择,促进了相关理论和技术的发展。

2 建筑与土木工程抗震设计原则

2.1 结构简单性原则

结构简单性原则强调建筑与土木工程结构应当尽可能保持简单、规则和对称。 这不仅有利于结构的整体性和连续性,也有利于抗震性能的提高，复杂的结构形式和布置容易产生应力集中和薄弱环节,从而降低结构的整体抗震性能。在抗震设计中应尽量避免不对称、不规则和突变等复杂情况的出现,确保结构具有良好的整体性和连续性。简单的结构形式也有利于施工和维护,可以降低工程造价和使用成本。

2.2 延性设计原则

延性设计原则旨在确保结构在地震作用下具有良好的延性行为,能够在发生塑性变形时吸收并耗散地震能量,避免脆性破坏。这需要结构具备足够的变形能力,在发生破坏之前能够产生较大的塑性形变。通过适当的设计措施,使结构的一些关键部位先于其他部位进入塑性状态,形成可靠的塑性铰,从而避免脆性破坏的发生。 同时,结构应具备良好的耗能能力,能够通过塑性变形和其他耗能机制有效地耗散地震输入能量。结构还应具备一定的可恢复性,在地震后能够尽快恢复其正常功能。

2.3 适当刚度原则

适当刚度原则是指在抗震设计中,结构应具有适当的刚度,既不能过于柔软也不能过于刚硬。过于柔软的结构在地震作用下会产生过大的位移响应,导致结构失稳或构件受损;而过于刚硬的结构则会吸收较大的地震能量,容易发生脆性破坏。适当刚度可以使结构在地震作用下具有良好的变形能力,避免过早进入塑性阶段或发生脆性破坏,从而提高结构的抗震性能。在抗震设计中应根据结构的使用年限、重要性等级、场地条件等因素,合理选择结构体系和构件尺寸,使结构具有适当的刚度,既能满足正常使用要求,又能在地震作用下保证足够的变形能力和耗能能力。

3 建筑与土木工程抗震技术措施

3.1 隔震技术

隔震技术是一种被动式的抗震减灾措施,其基本原理是在建筑物与地基之间设置隔震层,利用隔震层的水平位移能力将地震动对建筑物的影响降到最低。 隔震层通常由橡胶支座或滚动隔震球等隔震支座组成,在地震作用下可发生较大的水平位移,从而将地震能量消耗在支座的变形过程中,有效减小传递到上部结构的地震作用。 隔震技术适用于新建和既有建筑物,尤其适合于重要建筑物、大跨度结构和设备基础等对地震动反应敏感的结构。 隔震技术不但能够显著提高结构的抗震性能,而且可以减小结构的残余变形,提高结构的可恢复性,因此在抗震设计中得到了广泛应用。

3.2 消能阻尼技术

消能阻尼技术是一种通过在结构中引入特殊的耗能装置或机构,将地震输入能量转化为热能或其他形式的能量从而消耗掉的技术。这种技术的关键在于利用金属材料良好的塑性变形能力和摩擦阻尼实现耗能,使结构在地震作用下产生适当的位移和变形,从而减小结构的内力响应。常见的消能阻尼装置包括金属阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器等。这些装置通过塑性变形、摩擦滑移或材料本构关系的滞回特性来消耗地震输入能量,从而有效提高结构的抗震性能。 消能阻尼技术在抗震设计中的应用主要体现在两个方面:一是将消能装置直接安装在结构关键部位,使结构在地震作用下发生适当的位移和变形,从而减小结构内力响应;二是将消能装置作为隔震层的一部分,通过隔震层的滞回特性来消耗地震输入能量,从而减小上部结构的地震响应。

3.3 其他抗震技术措施

除了上述提到的抗震技术措施外,还有一些其他常见的抗震技术措施,如基础加固、结构补强等。基础加固是指对建筑物基础进行加固处理,以提高其抗震性能。常见的基础加固方法包括扩大基础面积、增加基础深度、注浆加固等。这些措施可以增强基础与土壤之间的摩擦力,提高基础的承载能力,从而提高整个建筑物的抗震性能。结构补强是指对建筑物的主体结构进行加固,以提高其抗震性能。常见的结构补强方法包括增设剪力墙、加固梁柱节点、设置支撑体系等。这些措施可以增强结构的整体刚度和延性,提高结构的抗震能力。此外,还有一些其他抗震技术措施,如隔震技术、阻尼技术等。隔震技术是在建筑物与地基之间设置隔震层,利用隔震层的滞回特性吸收地震能量,从而减小地震对建筑物的影响。阻尼技术则是在结构中设置阻尼装置,利用阻尼装置的能量耗散特性来减小结构的振动响应。

4 建筑与土木工程抗震设计的未来发展方向

新型高性能材料的应用，超高性能混凝土(RPC)、纤维增强聚合物(FRP)等新型材料具有高强度、高韧性、抗腐蚀等优点,将被广泛应用于抗震结构中,提高结构的承载能力和耐久性，混合配筋技术有望提升结构的耗能能力和可恢复性。智能化抗震技术的发展，基于先进的传感技术、控制理论和执行机构,智能化抗震系统能够实时监测结构状态,并根据需要主动调节结构刚度、阻尼等参数,从而有效减小地震作用对结构的影响。抗震性能评估方法的完善，随着计算机技术的进步,基于有限元等数值模拟方法对结构抗震性能进行精确评估将成为可能，新型检测手段如无损检测等也将为抗震性能评价提供有力支撑。抗震设计理念的创新，除了传统的强度设计,结构可恢复性、功能持续性等新的设计理念将逐步得到重视，设计目标将从单纯的防止倒塌,转向最大限度地减小地震造成的经济损失和社会影响。抗震标准和规范的更新，随着新材料、新技术的出现,以及对抗震性能要求的不断提高,现有的抗震设计标准和规范需要及时更新,以指导工程实践。建筑与土木工程抗震设计将向着更加先进、智能化和可持续的方向发展,以满足人类对安全、经济、环保等多方面的需求。

5 结束语

抗震设计在建筑与土木工程中至关重要,是确保结构安全、减少灾害损失的关键。通过合理的结构布置、材料选择和施工工艺,建筑物和基础设施能够有效抵御地震的破坏性影响。采用先进的减震技术,如隔震支座、消能阻尼器等,可大幅提高结构的抗震性能。抗震设计还需要考虑结构的可恢复性,确保地震后能够尽快恢复正常使用功能。抗震设计是一个系统工程,需要多学科知识的融合,对建筑物和基础设施的安全运营至关重要。

参考文献

[1] 许秋娟, 陈德玺, 邹文娟. “卓越计划”语境下工科学生党员培育模式的创新与实践——以惠州学院建筑与土木工程系为例[J].2015, 35:99-103

[2] 陈爱萍, 徐清华, 余溢文. 从研究方向入手 准确查找审稿人——以《建筑与土木工程前沿（英文版）》为例[J].2011, 22:439-440