Basis -Isolationssystem für Erdbeben: Ein Überblick über Prinzipien, Typen, Vorteile und Anwendungen

Ein Erdbeben oder ein Erdschock für sich selbst ist keine Katastrophe, sondern ein natürliches Phänomen, das aus der Bodenbewegung entsteht, manchmal gewalttätig. Diese erzeugen Oberflächenwellen, die eine Vibration des Bodens und Strukturen aufweisen. Abhängig von den Eigenschaften dieser Schwingungen kann der Boden Risse, Risse und Siedlungen entwickeln. Das mögliche Risiko eines Lebensverlusts verleiht dem seismischen Design eine sehr schwerwiegende Dimension und legt strukturelle Ingenieure moralisch verantwortlich. In jüngster Zeit wurden viele neue Systeme entwickelt, um entweder die auf die Struktur wirkenden Erdbebenkräfte zu verringern oder um einen Teil der seismischen Energie zu absorbieren.
Eines der am häufigsten implementierten und akzeptierten seismischen Schutzsysteme ist die Basisisolation.

Die Basisisolation ist eines der am häufigsten anerkannten seismischen Schutzsysteme in Erdbebenanfällen. Es mildert die Wirkung eines Erdbebens, indem die Struktur im Wesentlichen von potenziell gefährlichen Bodenbewegungen isoliert wird. Die seismische Isolation ist eine Designstrategie, die die Struktur für die schädlichen Auswirkungen der Bodenbewegung entdeckt. Der Begriff Isolation bezieht sich auf eine verringerte Wechselwirkung zwischen Struktur und Boden.

Wenn sich das seismische Isolationssystem unter der Struktur befindet, wird es als "Basisisolation" bezeichnet.
Der andere Zweck eines Isolationssystems besteht darin, ein zusätzliches Mittel zur Verlust der Energie bereitzustellen, wodurch die übertragene Beschleunigung in den Aufbau reduziert wird. Die Entkopplung ermöglicht es dem Gebäude, sich flexibler zu verhalten, was seine Reaktion auf ein Erdbeben verbessert. Das Konzept der Basisisolation wird durch ein Beispiel eines Gebäudes erklärt, das auf reibungslosen Rollen ruht. Wenn der Boden zittert, rollt die Rollen frei, aber das obige Gebäude bewegt sich nicht.
Somit wird keine Kraft aufgrund des Schüttelns des Bodens in das Gebäude übertragen; Das Gebäude erlebt einfach kein Erdbeben.

Das Konzept der Basisisolation wird durch ein Beispiel eines Gebäudes erklärt, das auf reibungslosen Rollen ruht. Wenn der Boden zittert, rollt die Rollen frei, aber das obige Gebäude bewegt sich nicht. Somit wird keine Kraft aufgrund des Schüttelns des Bodens in das Gebäude übertragen; Das Gebäude erlebt einfach kein Erdbeben.
Wenn das gleiche Gebäude nun auf flexiblen Pads ruht, die Widerstand gegen seitliche Bewegungen bieten, wird ein gewisser Effekt des Bodenschüttelns in das obige Gebäude übertragen.
Die flexiblen Pads werden als Basisisolatoren bezeichnet, während die mit diesen Geräten geschützten Strukturen als basis isolierte Gebäude bezeichnet werden. Das Hauptmerkmal der Basis -Isolationstechnologie besteht darin, dass sie Flexibilität in der Struktur einführt.

Eine sorgfältige Studie ist erforderlich, um den am besten geeigneten Gerätestyp für ein bestimmtes Gebäude zu identifizieren. Außerdem ist die Basisisolation für alle Gebäude nicht geeignet. Die am besten geeigneten Strukturen für die Grundisolation sind niedrige bis mittlere Gebäude, die auf harten Boden darunter ruhten. Hochhausgebäude oder Gebäude, die auf weichem Boden ruht, eignen sich nicht zur Grundisolation.

Das Grundprinzip der Grundisolation besteht darin, die Reaktion des Gebäudes so zu verändern, dass sich der Boden unter das Gebäude bewegen kann, ohne diese Bewegungen in das Gebäude zu übertragen. Ein perfekt starres Gebäude hat einen Zeitraum von Null. Wenn der Boden bewegt wird, ist die in der Struktur induzierte Beschleunigung gleich der Bodenbeschleunigung und es gibt keine relativen Verschiebungen zwischen der Struktur und dem Boden. Die Struktur und der Boden bewegen die gleiche Menge. Ein perfekt flexibles Gebäude hat eine unendliche Zeit.
Für diese Art von Struktur, wenn sich der Boden unter der Struktur bewegt, wird in der Struktur keine Beschleunigung induziert, und die relative Verschiebung zwischen der Struktur und dem Boden entspricht der Bodenverschiebung. So unflexible Strukturen, die Struktur nicht bewegt, wird der Boden.

Grundlegende Anforderungen eines Isolationssystems sind
1). Flexibilität
2). Dämpfung
3). Widerstand gegen vertikale oder andere Servicelasten.

Erdbebenschutz von Strukturen unter Verwendung der Basis -Isolationstechnik ist im Allgemeinen geeignet, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind
1. Der Unterboden erzeugt keine Dominanz der langen Bodenbewegung.
2. Die Struktur ist ziemlich mit einer ausreichend hohen Säulenlast verbunden.
3. Die Stelle ermöglicht horizontale Verschiebungen an der Basis der Größenordnung von 200 mm oder mehr.
4. Laterale Belastungen aufgrund des Windes sind weniger als ungefähr 10% des Gewichts der Struktur.
 

· Wenn das Erdbeben auf der festen Basisstruktur zu dieser Zeitstruktur nicht gegen das Erdbeben verteidigt.
· Aber in einer von der Basis isolierten Struktur, wenn ein Erdbeben auf dem Gebäude der Struktur beeinflusst wird, verteidigt sich sehr gut gegen das Erdbeben.
· In einer festen Struktur bewegt sich die Struktur mit Bodenbewegung.
· In einer isolierten Struktur bewegt sich die Struktur nicht mit Bodenbewegung. Aber die Isolationslager bewegt sich mit Bodenbewegung. Wir können also sagen, dass die Struktur sicher ist.

Seismische Isolatoren

Elastomere Isolatoren
▶ Lineare Naturkautschuklager (LNR)
▶ Niedrige Gummistrager
▶ Blei-Rubber-Lager (LRB)
▶ Hochdämpfende Gummi-Lager (HDR)

Gleitisolatoren
▶ Widerstandes Reibungssystem
▶ Reibungs -Pendelsystem (FPS)

Diese werden aus horizontalen Schichten aus natürlichen oder synthetischen Gummi in dünnen Schichten gebildet, die zwischen Stahlplatten gebunden sind.
Die Stahlplatten verhindern, dass die Gummischichten ausbrüten, und so kann das Lager höhere vertikale Lasten mit nur geringen Verformungen unterstützen.
Einfache Elastomerlager bieten Flexibilität, aber keine signifikante Dämpfung und bewegt sich unter Servicelast.

1, natürliches Gummi -Lager mit niedriger Dämpfung (LDR)
Dämpfungsverhältnis=2% bis 3%
Fertigung ist einfach.
Reaktion nicht stark empfindliche Temperatur, Belastungs- und Alternungsrate.
Die Scherdehnung wird bis zu 100%überschritten.

2, hohe Dämpfung Naturkautschuklager (HDR)
Die Dämpfung wird durch Zugabe von Carbonschwarz, Ölen oder Harzen und anderen Füllstoffen extra-feiner.
Maximale Scherdehnung=200 bis 350%
Dämpfungsverhältnis=10 zu 20% bei 100% Scherdehnung
Die effektive Dämpfung hängt von:
· Geschwindigkeit von Lasten
· Lastgeschichte
· Temperatur

3, Bleikautschuklager (laminiertes Kautschuklager) (LRB)
Ein Blei-Rubber-Lager oder ein Bleikernkautschuklager besteht aus einer Bleistopfen, die in ein vorgeformtes Loch in einem Elastomerlager ausgestattet ist. Der Lead -Kern bietet Starrheit bei Servicelast und Energieverletzung unter hohen lateralen Lasten. Dickere obere und untere Stahlplatten, die dicker als die inneren Scheiben sind, werden verwendet, um die Befestigungshardware aufzunehmen. Das gesamte Lager ist in Deckgummi eingeschlossen, um Umweltschutz zu gewährleisten.
Bei niedrigen seitlichen Lasten (z. B. geringfügigem Erdbeben, Wind oder Verkehrslasten) ist das Bleikautschuklager sowohl seitlich als auch vertikal steif.
Die laterale Steifheit resultiert aus der hohen elastischen Steifheit des Bleistopfens und der vertikalen Steifigkeit (die bei allen Lastniveaus bleibt) aus dem Stahl-Rubber-Konstruktion des Lagers.

4, gleitende Isolatoren
Die zweithäufigste Art des Isolationssystems verwendet Gleitelemente zwischen der Fundament und der Basis der Struktur.
Durch hohe Spannungsfedern oder laminiertes Gummi -Lager durch Herstellung einer geschwungenen Schiebefläche.
Diese Mechanismen bieten eine restaurierende Kraft, um die Struktur in ihre Gleichgewichtsposition zurückzugeben.
4a. Flache Schieberisolatoren (widerstandsfähiges Reibungssystem)
Zwei Arten flacher Schieberisolatoren:
· Mit einer jüngsten Kapazität
· Ohne die Kapazität der neuesten
1). Siebisolator ohne kürzlich erschienene Kapazität
Dies besteht aus einer horizontalen Gleitfläche, die eine Verschiebung und damit durch definierte Reibung zwischen beiden Schiebkomponenten und Edelstahl ermöglicht.
Ein besonderes Problem mit einer Gleitstruktur sind die verbleibenden Verschiebungen, die nach größeren Erdbeben auftreten.
2). Rutschisolator mit der jüngsten Kapazität
Im Vergleich zu Gleitisolatoren haben die Pendula (SIPs) mit der jüngsten Kapazität eine konkave Schiebetplatte.
Aufgrund der Geometrie führt jede horizontale Verschiebung zu einer vertikalen Bewegung des Isolators.
Die potentielle Energie, die durch den Aufbau gespeichert wurde, der an die Spitze gedrängt wurde, führt automatisch dazu, dass das Lager in eine neutrale Position kostet.
Sie bleiben horizontal flexibel, lösten Energie ab und kennzeichnen den Überbau in einer neutralen Position.

4b. Sphärische Schieberisolatoren (Walzen) (Reibungs -Pendelsystem) (FPS/FPB)
Das Reibungs -Pendelsystem ist ein Gleitisolierungssystem, bei dem das Gewicht der Struktur auf kugelförmigen Schiebflächen unterstützt wird, die relativ zueinander gleiten, wenn die Bodenbewegung einen Schwellenwert überschreitet.

Die Anforderung für die Installation eines Basis -Isolationssystems besteht darin, dass sich das Gebäude horizontal relativ zum Boden bewegen kann, normalerweise mindestens 100 mm.
Die häufigste Konfiguration ist die Installation eines Zwerchfells unmittelbar über den Isolatoren.
Wenn das Gebäude über einen Keller verfügt, können Sie die Isolatoren oben, unten oder in der Mitte der Kellersäulen und Wände installieren.

1. reduzierte den seismischen Strukturbedarf und senkte damit die Strukturkosten.
2. geringere Verschiebungen während eines Erdbebens.
3. Verbessert die Sicherheit von Strukturen
4. reduzierte die während eines Erdbebens verursachten Schäden. Dies hilft bei der Aufrechterhaltung der Leistung der Struktur nach dem Ereignis.
5. Verbessert die Leistung der Struktur unter seismischen Belastungen.
6. Erhaltung von Eigentum

· Herausforderung, effizient umzusetzen.
· Zulage für den Bau von Verschiebungen.
· Ineffizient für Hochhäusergebäude
· Nicht geeignet für Gebäude auf weichem Boden.
 

1. Basisisolierung von Brücken
2. Grundisolierung wichtiger Gebäude
3.. Verbesserung der Reaktion historischer Strukturen
4. Isolation im Maschinenfeld

Die seismische Basis-Isolationsmethode hat sich als zuverlässige Methode des erdbebenresistenten Designs erwiesen.
Der Erfolg dieser Methode wird weitgehend auf die Entwicklung von Isolationsgeräten und die ordnungsgemäße Planung zurückzuführen.
Anpassbare Isolationssysteme müssen während einer Vielzahl von seismischen Ereignissen wirksam sein.
Es sind Anstrengungen erforderlich, um die Lösungen für die Situationen wie nahezu fehlerhafte Regionen zu finden, in denen eine Vielzahl von Erdbebenbewegungen auftreten können.