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十大抗震材料大解析
来源:竞彩足球专家预测作者:竞彩足球专家预测时间:2019-11-08 02:23阅读:
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  地震频发的日本被公认为世界第一的抗震强国。众所周知,日本虽然处于地震带,但就算地震袭来,也很少会出现大面积房屋倒塌的情况,这和日本的建房工艺及材料选用是密不可分的。

  目前日本的建筑,在抗震方面基本上分为3类。一是耐震结构、二是制震结构、三是免震结构。所谓的耐震构造,其最主要的原理就是提高柱子和墙壁的强度和韧度,建筑物总体经得住震动,目前日本大多采用这种结构。而免震结构和制震结构则为新兴的技术。

  耐震属于最普通级别,主要用在低层建筑中。制震则是让建筑物在地震晃动中,集中在一个地方造成损害,但其他地方不会发生损毁。其中一种做法是在建筑物中放置各种球体,让其吸收地震能量,确保建筑其他地方不会发生问题。

  材料方面,砖结构建筑在日本几乎不再被使用,取而代之的是辅以轻型墙面材料的钢筋混凝土结构。这种结构的建筑既安全抗震,又节省能源。

  另外,日本房屋建筑中普遍使用的新型材料的共同特征是质量轻、强度高,比如树脂、加气混凝土、碳纤维,即便倒塌坠落,也不会对人体造成严重伤害,而且安装方便,盖房子跟搭积木一样轻松。

  从建筑材料的角度来看,抗震建筑材料必须具备轻质、高强、高韧等特性,例如:木、轻钢、钢、钢筋混凝土、复合材料。主要有记忆合金SMA棒材钢筋等12种,如下:

  记忆合金镍/钛棒——目前此项材料已应用在西雅图一项桥梁建设中,由内华达大学,华盛顿州交通运输部和联邦公路管理局合作建造。利用形状记忆合金的伪弹性性能和动阻尼特性,形状记忆合金可用于被动控制结构中,起到抗震的作用。另外还应用于结构振动的主动阻尼控制等。

  新型的超强韧性纤维混凝土,简称“ECC”,该水泥基复合材料是基于微观物理力学原理优化设计的具有应变硬化特性和多缝开裂特征的一种新型工程用水泥基复合材料。这种复合材料是在二十世纪九十年代由美国密歇根大学的教授Victor Li和其团队首先提出来的,引发世界建材行业高度关注。

  在地震实验室测试中,使用记忆合金镍/钛棒和可弯曲的混凝土复合材料建造的桥梁柱在强度达到7.5级的地震后可恢复到其原始形状。

  加气混凝土是以硅质材料(砂、粉煤灰及含硅尾矿等)和钙质材料(石灰、水泥)为主原料,掺加发气剂(铝粉),通过配料、搅拌、浇注、预养、切割、蒸压、养护等工艺过程制成的轻质多孔硅酸盐制品。因其经发气后含有大量均匀而细小的气孔,故名加气混凝土(AAC)。

  加气混凝土是一种优良的新型建筑材料,具有以下优点:①重量轻;②保温隔热性能好;③强度高;④抗震性能好;⑤加工性能好;⑥具有一定耐高温性;⑦隔音性能好;⑧有利于机械化施工;⑨适应性强。

  活性粉末混凝土是继高强、高性能混凝土之后,出现的一种力学性能、耐久性能都非常优越的新型建筑材料。它具有超高的力学性质,优异的耐久性,较低的收缩和徐变性能,具有抗震性能。

  钢纤维混凝土是在普通混凝土土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成,显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能,具有较好的延性。

  抗震性能最好的是钢结构房屋,其次是木结构房屋,再次是钢筋混凝土结构房屋。砖结构房屋不抗震,采用辅以轻型墙面材料的钢筋混凝土结构的建筑既安全抗震,又节省能源。另外,轻钢构件在封完结构性板材及石膏板之后,形成了非常坚固的“板肋结构体系”,这种结构体系有着更强的抗震及抵抗水平荷载的能力,适用于抗震烈度为8度以上的地区。国内钢铁企业如昆钢可提供全系列抗震钢材。

  以日本为例,其民居多是木结构,抗震性能较好。木结构是一种柔性结构,在房屋承受地震作用引起的晃动时,木结构可以更好地释放力量。因此木结构房屋更不容易散开和松动。

  近年来,日本采用新技术,将建筑用的木材废料进行收集,加入聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等,做成新型的木制材料,再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺,生产出新型的建筑材料,以代替传统实木。这种材料的建筑既安全抗震,又节省能源。

  橡胶也是一种良好的抗震材料。建筑物中央部分使用积层橡胶,当裂度为6的地震发生时,建筑物的受力可减少至1/2。橡胶既能保护木材不受潮,也能在地震中起到缓冲的作用。

  钢木复合梁,交叉连接,以及与独立柱子之间的连接,所使用的钢制镀锌销拴,抗震效果非常好。

  最下层为钢筋混凝土基础,往上为木方柱,再往上就是钢木复合梁。钢材和木材本身都是柔性材料,复合在一起,钢抗拉,木抗压,效果非常好。

  碳纤维主要是与树脂、金属、陶瓷等基体复合,制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料,其比强度、比模量等综合指标在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量等要求严格领域,碳纤维复合材料都是颇有优势。

  抗震方面,楼板采用粘贴碳纤维加固法。碳纤维复合材料加固混凝土结构,主要是利用纤维抗拉的高强度、高弹性模量、高应变性能及利用改性环氧树脂类胶结材料,使碳纤维与混凝土结构产生良好的黏结性,加固补强原结构受拉纵向钢筋和受剪、抗扭箍筋的不足,从而提高结构抗弯、抗剪、抗扭承载力。

  建筑师隈研吾采用混合碳纤维材料对一座办公楼进行改造。如上图,这是世界上第一座使用碳纤维加固的具有抗震功能的商务办公楼。

  中国香港科技大学土木及环境工程学系系主任梁坚凝,与内地多名大学教授联合研究的绿色高韧性水泥基复合材料,夺得国家教育部高等学校科研优秀成果奖自然科学一等奖。该材料适用于抗震建筑和外墙维修。

  此次研究的新材料,在传统混凝土物料中,加入纤维聚乙烯醇,使其具备延性,控制裂缝不易张开,达到提高抗震性能和防止钢筋生锈两大好处。梁坚凝指新材料的耐用性比一般混凝土高两至三倍。

  现在虽然抗震材料的发展取得了很大的进步,但我们也应该意识到这是远远不够的。相信随着科技的发展与科研人员的不懈努力,抗震材料的大家族会原来越庞大,我们的房屋也会越来越坚固,能抵抗各种灾难。