一塊油氈布引發的隔震技術創新

2020-12-22 四川省地震局

奇蹟:2018,港珠澳大橋

2018年10月23日,歷時15年,港珠澳大橋正式開通。作為我國第一例集橋、雙人工島、隧道為一體的跨海通道「超級工程」,被公認為「新世界七大奇蹟之一」。

對於地震人而言,最為之振奮和自豪的是,這是首次在世界最長的跨海大橋的建設中成功應用減隔震技術,是我國大型跨海橋梁採用減隔震技術的裡程碑範例。大橋總長約55公裡,全程使用減隔震措施,抗震性能從抗震烈度從7度躍升至9度,相當於抵抗7-8級淺源地震的震中烈度不倒塌,也就是說,就防震而來,這是「世界上最安全的跨海大橋」。

那麼,何為隔震技術?它又是如何被引入大橋的呢?所謂隔震,就是在房屋和地面之間,加一層橡膠和鋼板隔層疊加的隔震支座柔軟層,通過延長結構自振周期,避開地面共振區,從而減弱地震反應,能使隔震結構地震反應衰減至非隔震結構的1/4至1/8,成倍提高建築的耐震安全性。這種可以減弱地震傷害的工程技術,早在二三十年前就被應用到房屋建設了。而如今擔綱港珠澳大橋全部橋梁部分的抗震、隔震與減震設計的廣州大學工程抗震研究中心港珠澳大橋技術團隊將隔震技術引入到大橋,經過精密計算,在橋墩上部即大橋橋墩與橋梁連接之間,安裝了隔震裝置。當地震來臨時,橋墩和橋梁之間是柔軟的,產生的地震的慣性力大概只有原來的1/3—1/4,從而使這條跨海大橋具有良好的抗震能力。

初心:1976,一塊油氈布

作為港珠澳大橋技術團隊領銜,周福霖院士在談到何為隔震技術時,很簡潔地回答,就是以柔克剛。

這個回答源於,1976年,唐山大地震之後,周福霖院士的隔震技術創新之路始於1976,那塊油氈布。

1976年,唐山大地震。當時在機械工業部工作的周福霖,被派到當地調查,為所有倒塌房屋做記錄。

震後第三天, 周福霖發現, 在一片倒塌的廢墟中,有兩棟四層的房屋沒有倒。走近一看, 牆底下有一道油毛氈的防潮層,整個房屋沿著油毛氈滑動了40多釐米,房屋本身基本完好。這啟發了周福霖院士,如果能建造這樣在地面上可以滑動的房子,就能在地震時免受災難性的破壞了。

2018年,周福霖院士團隊成功將這一設想在港珠澳大橋上應用,形成整套海上橋梁隔震技術體系。當地震來臨時,仿佛柔軟的水託著海上行駛的船,地震中,船體與震動的海面之間隔著柔軟的水層,船體只會慢慢搖擺,加在船體的地震衝擊力被卸去,起到「以柔克剛」的效果。

未來:推廣隔震減震技術

周福霖院士指出,隔震技術是提升建築抗震能力最有效的手段。未來,我國必將從救災強國逐漸轉變為防災強國。

我國建築隔震技術應用已超過20年。我國最早的隔震建築是1993 年由周福霖院士設計建造的汕頭陵海路八層框架結構商住樓以及唐家祥教授設計的安陽市糧油綜合樓。

2001 年,建築隔震與消能減震技術寫入國標《建築抗震設計規範》,標誌著隔震消能技術在我國的成熟發展。

2006 年以後相繼頒布國標《橡膠支座第一部分:隔震橡膠支座試驗方法》等,上述標準的頒布規範了建築隔震技術的設計、生產和檢驗。

2013年四川蘆山7.0級地震中,蘆山縣人民醫院綜合樓因採用隔震技術保證了建築本身和醫療設施均完好無損,在抗震救災中發揮重要作用。

2019年10月,司法部完成《建設工程抗震管理條例》的意見徵集工作,其中明確規定「位於高烈度設防地區、地震重點監視防禦區的新建學校、幼兒園、醫院、養老機構、應急指揮中心、應急避難場所等公共建築應當採用隔震減震技術」。未來隨條例立法的落地和行業標準的趨嚴,建築減隔震技術有望在全國實現大範圍推廣應用。

(全球最大單體隔震航站樓---北京大興國際機場)

來源:震道(ID:zhendao2017)

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