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基督城地震八周年纪念Ⅳ:启迪未来

 zhaxx 2020-09-28

2011年基督城地震之后,新西兰学术界和工程界开始新一轮技术升级,传统的'Capacity design'(能力设计)逐渐被'Low-damage design'(低损伤设计)取代。基督城地震八周年纪念特辑第四期将回顾目前新西兰实际工程中普遍采用的低损伤技术,向地震学习,启迪未来。

低损伤技术

一、控制摇摆概念

摇摆的概念最早起源于古希腊,古希腊建筑的石柱采用石块直接堆类,地震中”松散“的石块摇摆耗散能量,使得建筑屹立不倒。无独有偶,智慧的东方工匠采用斗拱结构耗能,传承中华文明。

古希腊石柱

斗拱结构

现代摇摆结构采用后张拉预应力钢筋确保结构在地震中可以恢复到初始位置,类似于当一个人被推了一把,他以两条腿为支点摇摆而不是努力站稳抵抗推力。新西兰学者Priestley最早在美国提出了预制抗震结构体系(PRESSS)并于1999年在加州大学圣迭戈分校进行了5层PRESSS建筑拟动力试验。所有的预制构件都采用后张拉预应力连接,因此传统的塑性铰机制转变为可控制摇摆机制。

PRESSS框架

PRESSS墙

PRESSS体系除了采用后张预应力钢筋复位,还需采用耗能器耗能,因此PRESSS体系最终呈现”旗帜型”耗能曲线。

PRESSS体系”旗帜型”耗能曲线

目前,PRESSS概念已经被纳入新西兰混凝土设计规范NZS 3101。同时,钢结构和木结构也开始采纳PRESSS概念。

二、开槽梁概念

现浇钢筋混凝土梁在地震过程中由于轴向伸长造成楼板严重开裂,为了消除梁伸长的不利影响,新西兰坎特伯雷大学的研究人员最早开发了开槽梁,梁截面仅有一小部分与柱连接,梁下部设置耗能器。开槽梁在地震过程中一接触部分为中心摇摆旋转,耗能器耗能,与PRESSS体系的理念如出一辙。

开槽梁

新西兰-中国低损伤结构振动台试验开槽梁

三、工程实例

1. Alan MacDiarmid building

新西兰第一座PRESSS体系的建筑 Alan MacDiarmid building于2009年在惠灵顿维多利亚大学完成,一共投资400万纽币。结构体系由一个方向的后张拉抗震框架和另一个方向的后张拉联肢剪力墙组成,同时建筑外部设置有可更换的耗能器。

建筑外观

节点构造

2. Southern Cross Hospital Endoscopy building

Southern Cross Hospital Endoscopy building位于基督城CBD北部,同样采用后张拉抗震框架和联肢剪力墙混合体系。

建筑效果图

施工过程

联肢剪力墙之间的U型耗能器

梁柱节点的钢护甲

基督城地震是新西兰历史上一次重大自然灾难,但震后新西兰学术界和工程界掀起了反思地震和向地震学习的研究高潮,如今诞生于新西兰的“低损失设计”概念势必会成为将来地震工程研究的新热点。地震不息,研究不止。

分享研究乐趣,探索地震工程前沿,共筑广厦万千。

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