电梯抗震减震措施

2016年10月12日

电梯抗震减震措施

1 概述

    近年来,我国多个地区发生地震,2008 5 12 日发生了震惊世界的汶川地震,人员伤亡,经济受到重创。同时随着社会的进步和科技的发展,高层乃至超高层建筑越来越多,电梯自然而然成为主要的垂直运输工具,垂直电梯也向着更安全,更快速的方向发展。因此地震作用下的电梯安全问题更加突出,对乘坐人员的生命安全构成严重威胁。

 

2 结构减震控制

    电梯的抗震设计主要包括:(1)通过设计地震力和其他荷载,使设备和零件产生的应力在允许范围内。(2)为保证在地震时不会出现设备的移位、翻倒和脱离,必须采用适当强度的材料进行准确加工。(3)为确保主钢丝绳不因地震而脱槽,规定绳轮装置要采用合理的构造。

    由上可知传统抗震设计通过增强结构本身的抗震性能(强度、刚度、延性)来抵御地震作用,即由结构本身储存和消耗地震能量,这是被动消极的抗震对策。由于人们尚不能准确的估计未来地震灾害作用的强度和特性,按照传统抗震方法设计的结构不具备自我调节能力。因

此,结构很可能不满足安全性的要求,造成重大的经济损失和人员伤亡。合理有效的抗震途径是对结构施加抗震装置系统,由抗震装置与结构共同承受地震作用,即共同储存和耗散地震能量,以谐调和减轻结构的地震反应,这是积极主动的抗震对策。结构减震控制可分为被动控制、主动控制、智能控制和混合控制。本文主要研究被动控制。

    图1a)用摩擦力很小的滚珠支撑结构,在水平地震作用下结构不会产生响应,但结构会滑移到其它位置而不能复位。因此为了使结构复位,需要在结构中设置弹簧,如图1b)示。但如果仅有弹簧,一旦产生振动后就很难停止,因此,必须在机构中设置阻尼装置,以阻止振动的持续,如图1c)示。由以上可知,隔振装置主要由滚珠、弹簧和阻尼构成。

    假设图1b)中的弹簧非常强,弹簧的回复力大于结构滑动时的惯性力,那么即使在震动作用下,结构也没有滑动,相当于被固定住,其地震作用不会减小;反之,如果弹簧非常弱,近似于图1a)的情形,结构会沿着施力方向一直运动下去,相当于周期被无限延长,而结构的地震作用减小为0。这是两种极端的情况,若弹簧强度在两者之间,则结构的减震效果也是在这两者之间的,即弹簧越弱,滑移量越大,自振周期越长,地震作用减小越多。再假设图1c)中的阻尼很小,就相当于图1b)的情形,结构会在弹簧回复力的作用下一直振动下去,这对结构非常不利。但当阻尼增加的非常大时,也并非有利于减震的效果。因此对于一个隔振结构而言,需要选择适当的弹簧和阻尼,才能达到理想的效果。

3 电梯抗震减震模型

    根据以上理论分析,现对电梯轿厢做如下设计,如图2。轿厢设计成如图3 所示结构。轿厢采用套壳形式,在外壳和内壳之间加入隔震装置,这样在地震荷载下,该装置会起到减震作用,大大降低地震发生时撞击对乘坐人员的伤害。但是如何做到使减震装置发挥最大作用,还需要后续进一步的研究。通过分析结构自振周期和剪力

位移的关系曲线,发现当结构周期由0.3s 增加至3.0s 时,结构的剪力均减小,而且结构的阻尼越大,结构的剪力越小,如图3a)。同样,结构周期由0.3s 增加至3.0s 时,结构的位移响应反而增加,且小阻尼比大阻尼要增加的更多,如图3b)。

    因此,隔振装置的设置可以延长结构自振周期并增大结构阻尼,但不能同时减小结构的剪力和隔振层的位移。当结构剪力响应减小的同时,位移响应一定会增大。因此,需要在增大位移响应和减小剪力响应之间找到最佳的平衡点。这就是后续要研究的重点问题之一。

4 结论

    4.1 隔振装置的水平刚度(弹簧)越小,隔振结构的自振周期延长的越长,结构的加速度(剪力)的减小越多,但同时会增加结构的位移响应。

    4.2 增加隔振结构的阻尼,会减小结构的加速度(剪力)响应,同时也会减小隔振层位移增加的趋势。因此增加结构的阻尼对改善隔振效果非常有利,但阻尼过大,对结构仍会有不利的影响。

结束语

    本文中提及的隔振减震装置设计简单、原理清晰,变原来的被动抗震为主动隔振卸载,减震效果明显。但如何能让隔振减震装置发挥最大作用,在结构剪力和位移响应中找到平衡点,仍是一个难题,需要后续的进一步计算和研究。

 


来源:西安光兴机电有限公司

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