結構抗震性能的研究

摘要：目前，結構抗震性能的研究的理論及途徑還不是很完善，本論文通過搜集大量資料進行討論與分析，總結出一些有效的抗震途徑及抗震研究的發展方向

關鍵詞：主動抗震；被動抗震；結構監測；抗震理論；鋼結構抗震

中圖分類號：G71

引言：從2000年以后的50-100年內是地震的高發活動期，所以結構的抗震性能是現在研究關注的熱點。同時，由胡賢等18位院士專家提出的居民安全問題受到政府的高度重視回良玉副總理親自強調這一問題。最近各省市都在開展居民工程的安全的調研，這也是結構抗震研究工作真正落實到實處，減少人民生命財產損失。對于既有的結構，要建立合理的評估和加固方法，對于待建結構，應發展新方法減少災害的影響，包括減震，隔震、控制等。

一、目前結構抗震存在的問題

我國經濟正處于高速發展時期，大規模的城市基礎設施建設正在進行，高層結構也不斷涌現。這些經濟發達城市與地區大都處于抗震設防地區，高層建筑對區域、國家的政治、經濟都有著重要影響，所以在保證這些結構適用性的前提下，必須強調強震作用下結構的安全性，結構設計應采取嚴密的結構計算，精細的結構分析及嚴格的構造措施。

但是，在目前結構的抗震研究存在著一些問題，首先，由于地震動的隨機性、不確定性、使得結構計算都不能模擬出實際的結構受力情況；其次，提到材料問題，就混凝土而言，同濟大學李杰長江學者曾講：混凝土姓混目前大家研究的本構關系，都不能很好的模擬混凝土的真實性；還有，從消能減震方向看，就拿上海徐家匯港匯廣場而言，扭轉比較厲害，無論你怎么調成構件剛度、位置等，扭轉都不能很好的解決。

二、結構抗震思想和途徑

在結構的抗震問題中，結構的健康監測是個不錯的途徑，美國非常熱衷結構健康監測的研究方向，正投入大量的人力物力進行攻關，主要致力于將新型傳感器植入土木等結構中，以期對服役結構物的健康狀況做出評估。通過多結構的健康檢測來了解結構的損傷，從而補強，能很好的監控結構的工作性能。

而抗震思想主要從兩個方面入手：主動抗震，設置主動抗震裝置來抗震，這方面工作可能效果比較明顯，但耗資太大，不過作為一個研究項目可以值得深；被動抗震，包括新材料的研究，可以減小地震響應，提高材料的抗震能力，連接形式不同的構造達到耗能的目的，正如提到的鋼結構里面的狗骨式連接和一般半剛性連接的連接形式，結構體系的合理布置，通過不同耗能部件的布置，達到整體的合理耗能，設置阻尼裝置和隔震墊來耗能減震。

通過抗震思想，要使結構能有效的抵抗地震，我總結出有以下有效的抗震途徑：

1.研制新型的高強輕質塑性好的材料，這是最本質的方法。從砌體材料---鋼筋混凝土-鋼結構---鋼管混凝土等組合結構。那么將來能否研制性能更好的材料呢？

2.改進計算方法，使計算結果與實測情況更吻合。從底部剪力法-振型分解法-直接動力法。歷史上一些工程結構建造時的抗震思想和理論內沒有現在成熟，導致這些結構存在不同程度的抗震缺陷。可望打破以前基于承載力的結構抗震理論的框架和設計程序，基于性能的抗震設計。

我國在抗震這個領域也有很多研究了：像同濟大學多高層鋼結構及鋼結構抗火研究室研究的TJI型屈曲約束支撐就是具有我國自主知識產權的屈曲約束支撐，它是一種新型鋼結構支撐，小震下像普通支撐一樣工作，并且沒有受屈曲問題，大震下滯回耗能性能優越，像耗能構件一樣工作，現在的上海世博中心使用的就是這種我國自主研制開發的TJI型屈曲約束支撐。

三、抗震發展方向與鋼結構抗震

不久的將來，結構抗震的\"硬抗\"，即被動抗震法會越來越多的朝軟抗即主動抗震法發展。因為目前這種硬碰硬的抗震方法畢竟存在著太多不足之處。從研究方向來看，將來建筑抗震的研究可能會有以下大趨勢：

1新型結構體系的研究，涉及新體系、新材料；

2結構監測的研究，需要用到傳感、診斷和加固等技術；

3結構控制研究，主動控制目前不太多討論，但是被動控制討論的很多，減震隔震研究也很多，半主動控制會更多，磁流變阻尼器等。

基于性能的抗震設計理論是剛掀起的一種心的設計方法，它比較傳統的理論有些優勢，應該是一個好的發展方向。基于性能方面的研究，新型材料的研究，多層次設防的研究等，也就是說理論方面的研究在目前階段似乎顯得更為重要。這主要是因為：第一，作為抗震設計所必需的抗震參數，其可信度距離人們的需要還相差甚遠；第二，很多材料和構件在地震當中的行為還很不清楚；第三，究竟還有哪些地震本身的行為，或者稱為參數應當作為結構抗震設計應當參考的依據。

鋼結構的抗震性能的研究與抗震設計方法的研究應該是結構抗震領域的一個重要研究方向。鋼結構抗震研究可以概括為幾個方面：首先是合理的結構體系的選擇與布置，框架-支撐結構體系等雙重抗側力結構體系是適合強烈地震區域的抗震結構體系，尤其偏心支撐-框架結構體系在美國、日本等國家強地震區幾十個高層結構采用。我國金貿大廈、北京工商銀行總行等建筑采用這種抗側結構體系。其次是合理的鋼結構節點設計，在美國北嶺地震和日本的大阪地震中許多鋼結構出現節點脆性破壞。現已提出狗骨式連接、梁的懸臂拼接、半剛性節點等新型連接方式的研究。研究具有良好的延性和耗能能力的節點是實現鋼結構良好延性與耗能的保證。最后，合理的鋼結構抗震設計方法，目前我國鋼結構設計規范、建筑抗震設計規范等對鋼結構設計采用小震下的彈性設計，其設計方法不能充分體現鋼結構體系較好的延性與耗能。另外，鋼結構尤其是高層鋼結構在地震荷載或循環荷載作用下的性能即鋼結構的動力性能、鋼結構在地震作用下的屈服機制等都應該是鋼結構抗震研究的重點。

四、總結

目前人們的認識還不很清楚，這使目前人們所做的抗震設計，其實針對性并不準確，所以強調計算的準確性意義并不大。再一方面，在本人實際工作過程深深的感受到，加強地震基礎學科的研究，建立更可信的關于地震參數的獲得途徑，對于促進結構抗震設計非常重要，因為他涉及到抗震設計的工作平臺是否可靠。

事實上，經過近百年的抗震設計經驗的積累，這些結構所采取的計算方法、分析手段及設計方法一定程度的發展，但是還沒達到科學嚴密的程度。研究與發展更為先進的計算方法與分析方法、建立高層建筑在大震作用下的性能評估方法，發展精確的結構抗震性能指標，考慮結構的整體性能及結構大震下的損傷，制定合理有效的結構破壞準則，為高層建筑結構設計提供更為科學嚴密的依據，在滿足業主和建筑師的多樣化。新穎化的要求的同時，對結構的安全性更有信心。