一種電梯抗震技術方法的探究

全永林 張光耀 張雷

摘 要：重大自然災害中，地震列在第一位。在人類對地震這一自然災害還不能準確預報和加以控制的情況下，與對建筑物抗震要求一樣，電梯的抗震性能和要求必然引起人們的關注。但我國現行電梯標準、法規中未見電梯抗震性能的具體要求。本項目針對電梯抗震性能檢驗技術，以提高地震條件下電梯運行安全性能為主旨，研究電梯關鍵部件在地震條件下的失效機理和影響因素，確定電梯抗震性能檢驗內容和檢驗方法。

關鍵詞：電梯；抗震性能；安全性能

1、電梯抗震性能因素及失效機理分析

在地震裂度較大情況下，建筑物層間變形，造成電梯結構產生較大的水平和垂直加速度，在導軌、導軌支架、結構梁、安裝用螺栓、地腳螺栓等位置產生較大的附加載荷，從而發生強度失效或剛度失效。失效的主要原因可能是在電梯設計時沒有考慮地震力的影響或實際的地震力超出設計時的耐震等級，或者部分結構存在制造或者安裝缺陷。

在用電梯的抗震性能受本身限制無核實的裝置進行直接測試，一是地震為非自發的不可控的自然現象，只能借用某種設備模擬地震等級；二是電梯系統在地震情況下，沒有合適的衡量措施及標準，基于這種現狀，需建立電梯模型與模擬設備一起參與抗震研究分析。

2、抗震評價模型的建立

本項目采用六層透明仿真電梯模型。根據最常見的升降式電梯結構，采用透明有機材料制成，其結構與實際電梯完全相同，且具備了常用實際電梯的所有功能。電梯大部分部件均是采用透明有機材料制成，使得電梯的內部結構一目了然；同時，電梯的運行過程，以及每個動作都十分明了。主要組成如圖1所示：

電梯的電氣控制系統采用可編程控制器 （PLC）實現邏輯智能控制，交流變頻調速驅動，其硬件構的組成及功能與實際電梯完全一樣。具有自動平層、自動開門關門、順向響應轎廂內外呼梯信號、直駛、電梯安全運行保護以及電梯急停、慢上、慢下、照明、風扇等功能。且具有性能可靠、運行平穩、操作簡單、能耗低等特點。軟硬件均采用開放式結構，可以利用此套裝置進行二次開發研究。

3、地震模擬系統的建立

實際地震波是由天然地震產生的彈性振動波地，成型過程非常復雜，本方法將采用人工模擬地震波，研究這種波對電梯整機部件的影響。本方法采用的液壓試驗臺是專用于模擬地震波試驗，由液壓驅動的低頻大推力大位移模擬試驗系統。主要由液壓臺控儀，油源泵站，水平振動臺及相關輔助元件組成。控制頻率范圍（0.1～160）Hz，推力150kN，可對加速度20m/s2、試件質量在2000kg以下機電產品進行正弦，隨機振動，瞬態沖擊等試驗。地震波即為瞬態沖擊波中的一種。系統原理如圖2所示。

本液壓模擬地震波試驗系統（以下簡稱地震臺）采用計算機數字迭代的補償技術，實現臺面地震波的再現。試驗時，由振動臺臺面輸出的波形是期望再現的某個地震記錄或者設計的人工地震波，由于包括臺面、試件在內的系統非線性的影響，在計算機給臺面的輸入信號激勵下所得的反應與輸出的期望之間必然存在誤差。這時，可由計算機將臺面輸出信號與系統本身的傳遞函數（頻率響應）求得下一次驅動臺面所需的補償量和修正后的輸入信號，經過多次迭代直至臺面輸出反應信號與原始信號之間的誤差小于預先給定的量值，完成迭代補償并得到滿意的地震波形。

測試系統除了對臺身運動進行控制而測量其位移、加速度等外，還可對被測試模型進行多點測量，一般是測量位移、加速度和應變等，根據需要來了解整個模型的反應。位移測量多數采用差動變壓器式和電位計式的位移計，可測量模型相對于臺面的位移或相對于基礎的位移；加速度測量多采用應變式加速度計、壓電式加速度計。

4、組合分析

將評價模型剛性連接固定于地震臺水平臺面上，采用多通道組合控制的模式安裝（如圖3），具體方案如下：

通道1——液壓油缸位移傳感器；通道2——試驗臺水平臺面中心；通道3——固定支架；其余通道——根據需要粘貼傳感器于相對應的位置。采用2、3通道對模型進行控制，其余通道作為監測觀察所需位置的響應函數。

試驗開始前對整個系統進行一個0.5～100Hz的掃頻試驗以驗證模型在此頻率范圍內是否存在共振頻率，完成后進行模擬地震波試驗（如圖4）。

可根據不同的抗震試驗等級確定所需的地震波形量級大小。

5、結束語

實際的地震波是六自由度的復雜隨機沖擊響應普合成的，本方法就單自由度的地震波進行研究，對地震波進行模擬，分析在不同等級的震動登記下電梯整機部件的耐受程度，對不同要求的整機部件提出抗震性能的要求。

國家質檢總局科技計劃項目（編號：：2015QK189）支持。

參考文獻

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[2]GB 50096-2011《住宅設計規范》[S]；

[3]宋雪.關于地震的發生與結構抗震的淺談[J].硅谷.2008（23）；

（作者單位：重慶市特種設備檢測研究院）