航天技术如何变身抗震神器?可隔离地震约80

   航天技巧若何变身“抗震神器”   隔震支座的事情道理与火箭发念头的柔性喷管很靠近,要有足够的支撑力扛起上面的修建;在抗拉力上又要具备弹性,而…

   航天技巧若何变身“抗震神器”

  隔震支座的事情道理与火箭发念头的柔性喷管很靠近,要有足够的支撑力扛起上面的修建;在抗拉力上又要具备弹性,而不至于被拉断。经由过程这样的技巧,可以把地震80%阁下的能量隔离,削减地震对上层修建的破坏

点击进入下一页
隔震支座施工安装现场。受访者供图

  文/陈立

  9月16日,新疆阿克苏地区库车县发生5.7级地震,震源深度6公里。这是今年继九寨沟7.0级地震和新疆博尔塔拉蒙古自治州精河县6.6级地震后,中国发生的又一次较大年夜震级的地震。

  中国是天下上多地震的国家,也是承受地震灾难丧掉最为綦重繁重的国家之一。在地震正确猜测仍是天下难题的环境下,有没有有效的措施来削减地震造成的生命和家当丧掉呢?近日,一种在网上被称为“抗震神器”的设备彷佛给人们带来了盼望。实际上,它是在航天技巧加快军转夷易近的背景下,中国航天科技集团公司四院41所研发的减隔震产品。

  灵感来自火箭发念头

  2013年4月20日,四川省雅安市芦山县发生7.0级地震,震源深度13公里,震中芦山县龙门乡99%以上房屋垮塌,重庆及陕西宝鸡、汉中、安康等地均有较强震感。

  在西安,吴新华亲昵关注着芦山地震的动向。一则新闻引起了他的留意:由澳门分生手政区援建的芦山县病院在强震中“毫发未损”,网友称其“楼刚强”,由于这栋修建物有防震设计,加入了一种隔震垫。

  吴新华是中国航天科技集团四院41所返聘的老专家,他忽然意识到,航天科技或许能帮通俗民众干一件大年夜事。第二天,吴新华就跑到单位找引导提出了一个设法主见:能否依托固体火箭发念头喷管柔性摆动技巧,研发减隔震产品,以削减和阻隔地震波对修建物的影响。“吴老当时已是退休状态,完全可以不管这些事。可是,他们这代人老是心系国家,这一点我们不得不佩服。”提举工作的原委,41所设计师裴少帅对《中国新闻周刊》说。

  41所固体火箭发念头首席专家尤军峰解释说,传统的抗震技巧是把修建物上部布局与根基牢靠地连接在一路,着实便是把屋子盖得更结实,用更粗的钢筋、更多的混凝土浇注,但这样抗震的效果并不抱负。而假如在修建的上部布局与地基之间增添隔震层、安装橡胶隔震支座,就能起到与地面“软连接”的感化,经由过程这样的技巧,可以把地震80%阁下的能量隔离,削减地震对上层修建的破坏。

  四院主要承担我国运载火箭、计谋战术导弹、卫星、载人飞船等航天产品固体发念头的研制、临盆和试验义务。隔震支座的事情道理与火箭的柔性喷管很靠近,要有足够的支撑力扛起上面的修建;在抗拉力上又要具备弹性,而不至于被拉断。

  于是,四院41所使用固体火箭发念头喷管柔性摆动技巧和工艺,历经两年多,研制出叠层橡胶隔震支座。它是由一层钢板、一层橡胶,层层交错叠合起来,并颠末特殊工艺将橡胶与钢板牢靠地粘结在一路。这样的布局,具有大年夜的竖向刚度和竖向承载力,足够支撑宏大年夜修建物的荷重,安然系数一样平常可达10以上;同时,又具有很小的水平刚度和足够大年夜的水平变形能力,包管修建物的振动周期延长2~3秒或3秒以上,从而能够避免同频共振带来的破坏。

  此外,支座具备恰当的阻尼和稳定的弹性复位功能,兼具历久性和抗疲惫机能,适用于新型桥梁和房屋修建。

  “我们的产品已经经由过程了华中科技大年夜学的型检。”裴少帅先容说,该所已投放到市场的修建,用叠层橡胶隔震支座水平极限剪切应变(物体孕育发生的相对形变量)达450%,大年夜于国标的要求,应用年限跨越60年。“这个指标已经达到了日本同业的水平。”

  无论是对新建的照样已有的修建物,这种支座的安装施工都不繁杂。陕西省渭南市大年夜荔县实验小学拥有崭新的高标准教授教化楼,每一栋教授教化楼下面都安置了这种隔震支座。打开教授教化楼的一处透风口,下到修建的底部。隔震支座每6米一个,呈网状散播,在这个地下空间有30个,支撑着整栋教授教化楼。

  从提出设想到如今在社会上引起关注,裴少帅和同事们在为这项技巧苦心付出了好几年。他表示,“我们研发的减震、隔震产品应用效果很不错,技巧利用对照成熟。”

点击进入下一页
粘滞阻尼器。受访者供图

  抗震不光靠“神器”

  41所的减隔震产品经央视报道后,“抗震神器”的名头很快就借助互联网传开了。但裴少帅表示,这种产品并非中国首创。

  日本是地震多发国,天下上20%以上的地震都发生在该国。是以,修建布局的抗震性在日本很早就受到了注重,此类布局在功能上又分为抗震、减震、隔震三种。裴少帅说,今朝在网上被津津乐道的“抗震神器”着实属于减震、隔震的范畴。

  地震的能量颠末根基传输到上部布局,使布局发生振动和变形,一旦受力跨越其布局强度时,便会发生破坏以致倾圯。所谓抗震布局,便是在中小地震发生时,使用柱、梁、剪力墙的承载力抵御地震。这种布局在形式上大年夜致分为框架布局和剪力墙布局。作为一种传统的抗震要领,简单地说,便是把屋子盖得更结实,用更粗的钢筋、更多的混凝土浇注。

  减震布局是经由过程在抗震布局的修建物内设置阻尼器来抑制震荡,以减轻柱、梁等主要布局构件的损伤。针对大年夜地震设计的阻尼器,多采纳安装减震器的措施。

  隔震布局则在修建物的根基部位或中心层设置隔震层(构件),它不用改变原修建的设计规划,就能抑制地震力引起的横向震荡,并使修建物的晃荡频率放缓。隔震层的竖向承载力大年夜,但水平偏向柔嫩,能有效地低落地震引起的修建物上部布局加速率反映而导致的变形,从而减小地震对修建的破坏。

  减震和隔震体系,能实现修建布局自身、非布局构件和修建物内部举措措施的三重保护,使得震后修建物无需修复,可继承应用。航天四院的技巧职员先容说,“隔震与不隔震,地震反映差4到8倍。”

  隔震技巧在国外成长较快,在大年夜型公共修建和军事修建中获得了广泛利用。分外是新西兰、日本和美国,其技巧钻研开展较早,水平较高,实践履历富厚,临盆能力也较强。

  日本闻名的“三井之家”技巧中间给出的数据是:今朝在日本新建的60米以上的高层修建中,90%都采纳了各类的隔震、减震部件,来实现修建的抗震机能。在新建的两三层通俗夷易近居中,也有40%~50%采纳了隔震、减震部件。此外,还有一些既有修建也加装了隔震、减震部件。

  全国城市抗震防灾筹划检察委员会专家委员、中国修建标准设计钻研院防灾抗震技巧中间副主任曾德夷易近说,这些隔震、减震部件,平日具有四种性能:具有不把地震的摇动传给修建的“绝缘性能”;具有受到地震摇动也能保持稳定来支撑修建物重量的“支撑性能”;具有削弱地震摇动幅度的“衰减性能”;具有地震后让修建物规复到原位的“规复性能”。

  中国修建钻研院注册布局工程师王玮在一篇论文中先容,日本三井不动产公司在东京都杉并区兼作的一座93米的免震布局公寓,修建物的外围应用了高强度16积层橡胶,中央部分也应用了天然橡胶系统的积层橡胶。在6级以上的地震发生时,这种保护装配能使修建物的受力削减一半。

  此外,日本修建在选材上也非分特别考究。比如,在欧洲、中国常常被算作主要修建材料的砖瓦,现在在日本修建上险些已经找不到踪影,取而代之的是辅以轻型墙面材料的钢筋混凝土布局。地上55层、高185米,有日本最高公寓楼之称的埼玉县川口公寓,就采纳了与美国纽约天下贸易中间相同的修建材料——168根混凝土填注钢管(CFT)。这种钢管的直径最大年夜可达800毫米,厚度达40毫米,管芯中注入了比平日混凝土的强度高3倍的特种混凝土。

  赓续完善的修建司法也是必弗成少的。“每一越日本发生特大年夜地震后,国土交通省都邑组织气力进行修建抗震查询造访,根据查询造访结果提出对《修建基准法》的改动意见。”上海世博会日本财产馆修建制作人寺崎由起曾表示,日本修建师在设计修建时,会严格依照《修建基准法》的抗震要求,而且这部司法每几年就会从新修订一次。

  成长中的减隔震设备

  航天四院41以是固体火箭发念头柔性喷管技巧为根基,研制出修建用橡胶隔震支座、减震阻尼器等产品,在此根基上,又先后研制出适用于大年夜型设备或仪器的减隔震产品。在41所进入这个市场之前,海内企业也拥有同类产品,但质量节制、设计、材料、工艺等水平,都与国外同业差距较大年夜。

  裴少帅在前期调研时发明,海内企业以致没有完全掌握设计大年夜尺寸产品的技巧,产品合格率也不高,影响了这些产品的推广利用。“一拿国外标准比较,海内基础上就没有企业能达到了,这也坚决了我们在这条路上走下去的决心。”

  41所有富厚的航天产品研发技巧贮备。几年来,研发团队的设计师都是“兼职”状态,一手认真航天型号的设计事情,一手研发减隔震产品。他们先是经由过程自身的研制、临盆能力,确保设计和工艺达到国外标准。待前提徐徐成熟后,为办理自身临盆能力不够的问题,从2016年开始开始探求夷易近企进行相助。

  为了找到相宜的临盆伙伴,他们跑遍了衡水、株洲、西安等地的相关企业,最远还去过云南。然而,很多企业面对他们提出的临盆标准直摇头,要么表示做不到,要么觉得不划算。

  起先找到一家业内信誉度很高的企业,前期合作对照顺利。但在修建用叠层橡胶隔震支座中,橡胶和钢板要粘结起来,但查验时发明,钢板在加压硫化情况下变形异常大年夜,钢板的不平度跨越了41所提出的标准两倍。原本,这家企业在临盆历程中节省了一道热处置惩罚工序,钢板没有开释应力。“假如在常温情况下检测是没问题的,然而,临盆者觉得那道工序没有需要,也消费资源。”

  寻遍大年夜半其中国后,终极照样在西安找到一家夷易近企并顺利杀青相助。除了商业诉求,大年夜家也盼望能经由过程努力,改变海内产品机能普遍后进的现状。裴少帅觉得,产品设计理念都是国外现成的,海内产品水平不高主要照样由于工程利用能力差,而航天企业在这方面会强一些。

  隔震支座的设计寿命是60~70年,这个结果因此材料在恶劣自然情况下加速老化为条件谋略出来的。但实际上,41所在超强抗老化高机能橡胶、高强度粘接剂等方面做了更深入的钻研,还对产品材料外外面做了防止老化、霉变、腐蚀的处置惩罚,以是一样平常环境下,正常应用寿命应该是大年夜于设计寿命的。“这和天上飞的卫星常常能超期服役是一个事理。”

  除了必要在整体上赞助修建物减隔震,房屋内的周详仪器设备、紧张文物也可以经由过程减隔震支座获得重点保护。“四川继续发生的几回地震,对文物的破坏就很严重,博物馆也是必要重点保护的工具。”裴少帅说。

  一旦呈现极度前提,连隔震支座都无法避免的大年夜变形和位移怎么办?尤军峰表示,一方面,他们将研发一种共同支座应用的装配,以敷衍更大年夜的荷重和冲击;另一方面,还将经由过程航天仿真技巧来优化、改进现有的隔震布局。

  今朝市场上的减隔震产品主要都是利用于二维层面的地震中,由于地震波最厉害的便是横波,地面是横向摆动。国内外业界还在研制、测试三维空间的减隔震系统,可应对海上的横向和纵向摆动。41所也在进行这方面的探索。

  中国的隔震技巧起步较晚,但今朝已建有隔震修建3000多幢,比2005 年统计数量翻了一番。此中,云南省的隔震修建面积约占全国的一半阁下。

  国家住房和城乡扶植部发文指出,从2014年起,各省、自治区、直辖市住房和城乡扶植厅应有序推进减隔震技巧的利用,确保工程质量。随后,甘肃、新疆、青海等地震高烈度地区对应用减隔震技巧做了强制规定——凡是位于抗震设防烈度8度及以上的地震高烈度地区及地震灾后重修的4至12层黉舍教授教化楼、门生宿舍、病院医疗用房、幼儿园、机场等职员密集公共修建,必须采纳根基隔震技巧进行设计。

  在中国,减隔震设备未来还会在公路、桥梁、船舶和核电举措措施等领域派上更大年夜的用处。

为您推荐

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

返回顶部