前言
機(jī)電系統(tǒng)雖僅是建筑物的附屬部分，但它們和百姓的日常生活息息相關(guān)。地震中機(jī)電設(shè)備的損害作影響著建筑物的正常使用，不容小視，特別是醫(yī)院，科研院所等類(lèi)型的建筑內(nèi)，由于其管道系統(tǒng)內(nèi)往往輸送的是功能特殊類(lèi)型流體，甚至有劇毒性，一旦泄露后果不堪設(shè)想。如何在地震破壞下保證管道系統(tǒng)的正常運(yùn)作，預(yù)防二次災(zāi)害，成為當(dāng)下急需解決的問(wèn)題
寫(xiě)在試驗(yàn)前的話
① 在08年汶川地震后國(guó)內(nèi)才開(kāi)始重視機(jī)電抗震，機(jī)電抗震為什么那么重要?
一旦發(fā)生地震，我們沒(méi)有做抗震加固或者抗震加固做的不符合規(guī)范的整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)都會(huì)受到破壞。經(jīng)濟(jì)損失、人民生命安全都受到很大損害。特別是地震造成的次生災(zāi)害，都嚴(yán)重威脅我們的財(cái)產(chǎn)及生命。
② 破壞是什么樣子的呢？
大小各種管道機(jī)電設(shè)備都會(huì)斷裂損壞，噼里啪啦往下掉，首先會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，即使樓不倒，整個(gè)樓也被水淹掉，設(shè)備都被水淹，所有機(jī)電設(shè)備都被毀掉，就只剩下一個(gè)框架；如果發(fā)生火災(zāi)等次生災(zāi)害，噴淋系統(tǒng)失效，后果更不堪設(shè)想。其次，如果樓里面有人，被掉下來(lái)的管道或者機(jī)電設(shè)備砸傷或者身亡，那相關(guān)的項(xiàng)目責(zé)任人或者相關(guān)各個(gè)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人要負(fù)刑事責(zé)任。
③ 為什么要負(fù)刑事責(zé)任？
因?yàn)槲覀儑?guó)家已經(jīng)出臺(tái)了相關(guān)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)并于2015年8月1日實(shí)施——《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50981-2014，這個(gè)規(guī)范是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)而不是推薦性標(biāo)準(zhǔn)，也就是在去年8月1日后的所有新建建筑都必須進(jìn)行機(jī)電抗震設(shè)計(jì)。如果你不做，或者做的不符合規(guī)范，那相關(guān)的項(xiàng)目責(zé)任人或者相關(guān)各個(gè)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員是要負(fù)刑事責(zé)任的，而不是罰一點(diǎn)款。
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在抗震支撐系統(tǒng)與承重支撐系統(tǒng)振動(dòng)臺(tái)對(duì)比試驗(yàn)之前全世界都沒(méi)有這樣的試驗(yàn)研究來(lái)證明地震來(lái)臨時(shí)機(jī)電不進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的后果到底多嚴(yán)重，所以深圳置華與中國(guó)地震局力學(xué)研究所結(jié)合雙方資源，對(duì)機(jī)電抗震進(jìn)行的更深層次的研究。置華跟國(guó)家地震局的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室全國(guó)建筑機(jī)電工程抗震技術(shù)方案評(píng)估中心投入巨資以及大量的人力物力進(jìn)行了第一個(gè)抗震支撐系統(tǒng)與承重支撐系統(tǒng)振動(dòng)臺(tái)對(duì)比試驗(yàn)科研項(xiàng)目。這個(gè)振動(dòng)臺(tái)它不是大學(xué)里面那種投資很小，只是一個(gè)單向的振動(dòng)臺(tái)，它是三向（X、Y、Z）六自由度振動(dòng)，可以模擬最真實(shí)的地震。廣州大學(xué)之前做過(guò)一個(gè)小型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，但是它僅僅是一個(gè)方向的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，而且并沒(méi)有做對(duì)比試驗(yàn)，它的試驗(yàn)規(guī)模無(wú)論是資金投入還是人力物力投入都非常小，沒(méi)有灌水也沒(méi)有做到完全模擬地震破壞。
本次試驗(yàn)是通過(guò)構(gòu)建兩組不同支吊架形式的水管管路，將他們同時(shí)在振動(dòng)臺(tái)上給予地震激勵(lì)，模擬兩組支吊架在地震作用下的破壞過(guò)程，對(duì)比分析他們對(duì)于震害的抵抗能力。
下面為本試驗(yàn)視頻
上面的試驗(yàn)視頻我們可以從中看出最直觀的結(jié)果是，右邊沒(méi)有做抗震加固只有承重支架的水管在地震后斷裂，而左邊做了抗震加固的水管還完好無(wú)損。
在本試驗(yàn)進(jìn)行之前評(píng)估中心技術(shù)總監(jiān)還說(shuō)，重力支撐系統(tǒng)用的16螺紋桿構(gòu)成的承重吊架，這個(gè)吊桿這么粗怎么可能會(huì)振的斷，一定振不斷。結(jié)果做上去之后，一按按鈕，模擬地震波發(fā)生之后，這個(gè)由一根16螺紋桿構(gòu)成的承重吊架震斷了，齊刷刷的被地震所產(chǎn)生的水平地震力及剪切應(yīng)力從吊桿的根部剪斷。
這是超出我們正常人常規(guī)的認(rèn)識(shí)，我們意識(shí)不到地震的破壞到底有多大。所以我們通過(guò)這樣一個(gè)試驗(yàn)，三向六自由度的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)真實(shí)的模擬了一次地震，地震會(huì)對(duì)于有做機(jī)電抗震的管道和沒(méi)做機(jī)電抗震的管道產(chǎn)生不同的效果，按照《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50981-2014)做管道抗震，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，做了抗震支撐的管道沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，真正的起到了保護(hù)作用，而沒(méi)有做抗震支撐只做了重力支撐的管道卻斷裂掉下來(lái)。
這只是一個(gè)模擬場(chǎng)景，萬(wàn)一這是真的地震來(lái)了呢？管道掉下來(lái)或者發(fā)生火災(zāi)，消防噴淋系統(tǒng)失效，沒(méi)有辦法滅火，等等非常嚴(yán)重的后果就會(huì)發(fā)生，雖然是一個(gè)低概率的事件，但誰(shuí)也不知道，哪天老天爺不高興了，一次地震，后果是多么的嚴(yán)重！所以我們做的機(jī)電抗震是一個(gè)民生工程，這不是說(shuō)管道你用銅管還是不銹鋼管還是塑料管的問(wèn)題，這個(gè)都死不了人的，但機(jī)電抗震是不能含糊的，它是強(qiáng)制性實(shí)施必須執(zhí)行！否則后果不是我們所可以承受的！我們說(shuō)地震是低概率事件，建筑就不做機(jī)電抗震了？這是不行的，一旦發(fā)生地震，技術(shù)人員設(shè)計(jì)方甲方等等人員都是負(fù)責(zé)人員，都要承擔(dān)相應(yīng)的刑事責(zé)任！我們可以拿我們的生命財(cái)產(chǎn)安全跟老天去賭嗎？生命只有一次，地震的慘烈在汶川玉樹(shù)等大地震都看到了，不能拿生命去做賭注！必須按照國(guó)家規(guī)范并百分百符合國(guó)家規(guī)范來(lái)做，毫無(wú)商量的余地！
本次地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)最直觀的告訴了我們抗震支吊架能抵抗強(qiáng)度這么高的地震破壞，在地震中對(duì)管路的保護(hù)作用有多大，抗震支吊架到底多重要！并且最直觀的反映抗震支吊架和普通承重吊架的異同。
下面為本次試驗(yàn)的試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)過(guò)程
試驗(yàn)準(zhǔn)備
本次試驗(yàn)外部框架為4.3*4.3米三層鋼框架，在鋼框架的二層分別安裝有兩組相同形狀的水管管路，每組管路分別由2根2米的DN150、1根1.8米的DN150以及1根0.8米的DN80的水管組成，4根水管整體構(gòu)成F型形狀，每套管路由一個(gè)變徑三通和一個(gè)彎頭連接，管內(nèi)注滿水，水壓保持在1.6MPa。見(jiàn)圖1。在一組水管管路上安裝置華公司研發(fā)的由側(cè)縱向支架和側(cè)向支架組成的抗震支吊架系統(tǒng)，而另一組管路系統(tǒng)安裝有由一根16螺紋桿構(gòu)成的承重吊架。兩組吊架系統(tǒng)在管道上的安裝位置一一對(duì)應(yīng)。其中在DN80的水管末端連接有一根5米的軟管，軟管的另一端安裝有水壓表一只，用以實(shí)時(shí)觀測(cè)管內(nèi)水壓。見(jiàn)圖2，圖3。
試體安裝完畢后，將試件整體安裝在力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的5*5米地震振動(dòng)臺(tái)上，固定，并在臺(tái)面做好防水措施。并安裝測(cè)量設(shè)備，測(cè)量設(shè)備安裝完后，用數(shù)據(jù)線連接到相應(yīng)的采集設(shè)備上并檢測(cè)測(cè)量設(shè)備的可靠性。試體安裝完成整體示意圖見(jiàn)圖9.
實(shí)驗(yàn)過(guò)程
試驗(yàn)中可以看到承重吊架隨著加速度的增加擺幅愈來(lái)愈大，而抗震支吊架那組只有輕微的擺動(dòng)。在地震波輸入完畢承重支架中的三根吊架突然斷裂，水管脫落，而此時(shí)抗震支吊架那組依然完好如初。最終破壞圖見(jiàn)圖10，圖11。經(jīng)目測(cè)分析，斷裂的三根承重支架全部為剪切破壞，其中一根上下端部全部被剪斷，剩下兩個(gè)都為頂部根處剪斷。見(jiàn)圖12，圖13
試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
試驗(yàn)共采集了18個(gè)點(diǎn)的位移值和15個(gè)點(diǎn)的加速度值，并在每次地震波輸入完后記錄下當(dāng)前管內(nèi)的水壓值。由于篇幅有限，本文僅列舉出具有代表性的抗震支吊架組5號(hào)點(diǎn)的相對(duì)位移值和稱(chēng)重支吊架中10號(hào)點(diǎn)的相對(duì)位移值，見(jiàn)圖14，圖15。
從圖中我們可以清晰的對(duì)比出，安裝有抗震支吊架的管路，它的位移幅度僅在（-1.5,1）之間，而承重支架的管路位移幅度則在（-80,60）范圍之間?？拐鹬У跫茉谡鸷χ袑?duì)管路位移的約束保護(hù)優(yōu)勢(shì)明顯。
與位移相比，加速度更能體現(xiàn)出震害破壞的劇烈程度，三通，彎頭連接部位對(duì)加速度的變化也更敏感，本文列舉了兩組管道系統(tǒng)三通部位的Y軸方向的加速度計(jì)采集值，從圖中可以看出裝有抗震支吊架的管路整體加速度較小，僅在（-1,1）之間，加速度變化幅度不大，整體震動(dòng)較平穩(wěn)；而裝有承重支架的管路加速度值則略大，在（-1.5,1.5）之間，但幅度變化較大，表明稱(chēng)重支吊架管路整體較柔，震動(dòng)行程大。見(jiàn)圖16，圖17
本次試驗(yàn)在每組地震波輸入完畢后，則記錄一次水壓值，從數(shù)據(jù)中可以看出，兩組管件中管內(nèi)水壓都呈下降趨勢(shì)，但承重支架的下降更大。這也從另一個(gè)方面體現(xiàn)出抗震支吊架的重要性。見(jiàn)圖18.