十種建筑抗震技術(shù)，你知道幾種？（下）
上次我們介紹了十種抗震技術(shù)的前五種，其中你知道的抗震技術(shù)有幾種呢？你是否對(duì)抗震技術(shù)有了更進(jìn)一步的了解呢？如果沒有，那請(qǐng)接著來看剩下的五種抗震技術(shù)，相信看完這些，你會(huì)對(duì)抗震技術(shù)有更深刻的了解。
六、地震波“隱形衣”
地震不是簡(jiǎn)單的地面來回震動(dòng)，它沒你想象的那么簡(jiǎn)單。震源發(fā)出地震波，具體體現(xiàn)為地表以下內(nèi)部傳遞的實(shí)體波，和更復(fù)雜的、多種波型經(jīng)過多次折反射在地表傳遞的表面波。地震波，和光波一樣，都是一種波。人們總是憧憬著隱形衣的問世，光可以直接穿過這種材質(zhì)，不會(huì)讓掩蓋在材質(zhì)后面的人或物顯現(xiàn)出來(可以參考《碟中諜4》里伊森·亨特和他的伙伴班吉在克林姆林宮地下室通道里曾經(jīng)使用過的“障眼幕布”，雖然實(shí)現(xiàn)原理不同，不過效果差不多)。然而這種材質(zhì)的物料，從組成的粒子大小和例子的排列結(jié)構(gòu)上都十分特殊，以至于現(xiàn)實(shí)生活中非常難以實(shí)現(xiàn)……所幸，地震波相比光波來說，因?yàn)轭l率、波長(zhǎng)等參數(shù)的關(guān)系，想要實(shí)現(xiàn)“隱形”更容易一些，更何況隱形根本不需要那么嚴(yán)格，只需要將地震波偏振到其他方向，即可讓“隱形衣”所保護(hù)的建筑免受地震波的波及。
2013年一次試驗(yàn)中，法國(guó)科學(xué)家在5米深的地下用點(diǎn)陣的方式排布了一系列直徑0.3米左右的高強(qiáng)度塑料材質(zhì)的圓柱。從地表下傳來的地震波的動(dòng)能，在進(jìn)入之后被鎖定在了這個(gè)結(jié)構(gòu)當(dāng)中，然后被平移到了結(jié)構(gòu)的外側(cè)，從而有效降低了結(jié)構(gòu)上方的建筑物所接受到的動(dòng)能。然而，一種型號(hào)的“隱形衣”往往只對(duì)特定頻率的地震波有效，而真實(shí)情況中的地震波往往是多種多樣的。前面提到的表面波才是造成傷亡的zui大原因，而這種結(jié)構(gòu)對(duì)表面波幾乎沒有效果;更何況這種結(jié)構(gòu)本身就很脆弱，在對(duì)抗大地震時(shí)自身也脆弱的不堪一擊……但，有效果總比沒效果好，對(duì)吧?
七、形狀記憶合金
建筑當(dāng)中主要采用兩種材料：(鋼筋)混凝土和鋼鐵，因?yàn)樗麄兊膱?jiān)固性較高。但是，抗擊地震不僅需要堅(jiān)固性，還需要耐受力。耐受力高的材質(zhì)在地震發(fā)生時(shí)可以產(chǎn)生形變而吸收地震的動(dòng)能，同時(shí)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。而一旦動(dòng)能太過強(qiáng)大，材質(zhì)的形變程度超過其可耐受的程度，就會(huì)直接斷裂、破碎。人類社會(huì)zui早使用*為粘土結(jié)構(gòu)建造房屋，后來他們不滿足于簡(jiǎn)單的粘土結(jié)構(gòu)，開始使用木頭;還不滿意，有了磚木混合;還不滿意，有了混凝土;依然不滿意，有了鋼筋混凝土;仍然不滿意，有了純鋼架結(jié)構(gòu)。但即便是zui為堅(jiān)固的鋼架結(jié)構(gòu)依然會(huì)有耐受力不足的情況。于是，材料科學(xué)家和建筑工程師開始考慮使用一種更為強(qiáng)大的材質(zhì)：形狀記憶合金(Shape Memory Alloys)。由鎳和鈦組成的鎳鈦記憶合金可以比現(xiàn)有的建筑用鋼在彈性上提升30%的水平。當(dāng)一次足夠?yàn)?zāi)難性的地震發(fā)生，連鋼架都因?yàn)閺?qiáng)大的動(dòng)能被撕裂的時(shí)候，形狀記憶合金和鋼筋混凝土建成的建筑物依然堅(jiān)挺。這種合金在被人們形象地成為“智能合金”。
它就像你的記憶枕一樣，可以在你躺下的時(shí)候用zui合適的姿勢(shì)承受腦袋的質(zhì)量，在你起床的時(shí)候回復(fù)原來的形狀。形狀記憶合金用在建筑上并不一定能回復(fù)到100%原模原樣，但至少建筑里的人沒事，財(cái)產(chǎn)受到的影響不大，足夠偉大了。矯過牙嗎?鎳鈦記憶合金就是你鋼牙里的那條金屬線。
八、碳纖維加固改造
在尼泊爾大地震中，人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失是一方面，許多歷史遺產(chǎn)建筑遭受的損失更是無法估量。保護(hù)這些年久失修的古建筑，提升其抗震性，可能遠(yuǎn)比修建新的抗震建筑在過去重要，然而尼泊爾過去沒有把握住這樣的機(jī)會(huì)。警鐘已經(jīng)敲響，我們?cè)撛鯓犹嵘@些在建設(shè)過程中沒有考慮抗震性能的建筑?工程師們用碳纖維和尼龍、聚酯、乙烯基質(zhì)等化纖材質(zhì)的線纜繳合在一起，捆綁在建筑物的承重結(jié)構(gòu)上，比如橋梁的橋墩，建筑物的承重墻，從而用較低的成本實(shí)現(xiàn)對(duì)非抗震結(jié)構(gòu)建筑物的抗震加固改造。 這種方式叫做FRP——Fiber-Reinforced Plastic wrap。研究顯示，經(jīng)過這種方式進(jìn)行多次加固的建筑物抗震能力能夠獲得20-40%的提升。
九、生物材質(zhì)
蜘蛛和海蠣子，給材料科學(xué)家和建筑工程師帶來了新的靈感。在單位粗細(xì)和數(shù)量上對(duì)比，蜘蛛絲比鋼鐵還要堅(jiān)韌。然而材料科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)蜘蛛絲擁有一種特別有趣的、“非線性”的堅(jiān)韌表現(xiàn)：當(dāng)被拽壓變形時(shí)，蜘蛛絲的韌度先提升;當(dāng)力度到達(dá)一定程度時(shí)，蜘蛛絲開始變得柔軟以應(yīng)對(duì)形變;力度繼續(xù)提高，蜘蛛絲又開始變得堅(jiān)韌——很顯然，彼得·帕克充分利用了這一點(diǎn)。
生物學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了海中的一些有殼軟體動(dòng)物和他們的殼相連的那段部分(對(duì)，就是我們經(jīng)常吃的瑤柱)在堅(jiān)固和柔軟之間的配比*為合適——大約為4：1。這種配比使得這些貝殼類生物在面對(duì)海上的風(fēng)浪時(shí)得以存活。
十、紙板
相對(duì)較復(fù)雜的多層紙板結(jié)構(gòu)*為堅(jiān)固——這其實(shí)并不需要科學(xué)家去研究，把你家買電器產(chǎn)品留下的紙板箱多折幾層就能發(fā)現(xiàn)了。
日本建筑師有坂茂將紙板卷成筒，刷上用作密封、粘合和防水保溫的有機(jī)高分子材料聚氨酯，當(dāng)做建筑物的主要框架材料。2011年2月新西蘭百年大教堂因地震倒塌，奪走了近200條人命。現(xiàn)在，原址上拔地而起的新大教堂就是用上面描述的這種紙板筒結(jié)構(gòu)，加上加固用的木梁建成的。紙板結(jié)構(gòu)非常堅(jiān)固，兼具彈性，質(zhì)量*輕。用這種材質(zhì)結(jié)構(gòu)建造的建筑，抗震性能較好;一旦倒塌，也比傳統(tǒng)的混凝土/鋼架結(jié)構(gòu)建筑對(duì)人員和財(cái)產(chǎn)造成的損害小到不知道哪兒去了……
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