一种电梯抗震技术方法的探究

全永林 张光耀 张雷

摘 要：重大自然灾害中，地震列在第一位。在人类对地震这一自然灾害还不能准确预报和加以控制的情况下，与对建筑物抗震要求一样，电梯的抗震性能和要求必然引起人们的关注。但我国现行电梯标准、法规中未见电梯抗震性能的具体要求。本项目针对电梯抗震性能检验技术，以提高地震条件下电梯运行安全性能为主旨，研究电梯关键部件在地震条件下的失效机理和影响因素，确定电梯抗震性能检验内容和检验方法。

关键词：电梯；抗震性能；安全性能

1、电梯抗震性能因素及失效机理分析

在地震裂度较大情况下，建筑物层间变形，造成电梯结构产生较大的水平和垂直加速度，在导轨、导轨支架、结构梁、安装用螺栓、地脚螺栓等位置产生较大的附加载荷，从而发生强度失效或刚度失效。失效的主要原因可能是在电梯设计时没有考虑地震力的影响或实际的地震力超出设计时的耐震等级，或者部分结构存在制造或者安装缺陷。

在用电梯的抗震性能受本身限制无核实的装置进行直接测试，一是地震为非自发的不可控的自然现象，只能借用某种设备模拟地震等级；二是电梯系统在地震情况下，没有合适的衡量措施及标准，基于这种现状，需建立电梯模型与模拟设备一起参与抗震研究分析。

2、抗震评价模型的建立

本项目采用六层透明仿真电梯模型。根据最常见的升降式电梯结构，采用透明有机材料制成，其结构与实际电梯完全相同，且具备了常用实际电梯的所有功能。电梯大部分部件均是采用透明有机材料制成，使得电梯的内部结构一目了然；同时，电梯的运行过程，以及每个动作都十分明了。主要组成如图1所示：

电梯的电气控制系统采用可编程控制器 （PLC）实现逻辑智能控制，交流变频调速驱动，其硬件构的组成及功能与实际电梯完全一样。具有自动平层、自动开门关门、顺向响应轿厢内外呼梯信号、直驶、电梯安全运行保护以及电梯急停、慢上、慢下、照明、风扇等功能。且具有性能可靠、运行平稳、操作简单、能耗低等特点。软硬件均采用开放式结构，可以利用此套装置进行二次开发研究。

3、地震模拟系统的建立

实际地震波是由天然地震产生的弹性振动波地，成型过程非常复杂，本方法将采用人工模拟地震波，研究这种波对电梯整机部件的影响。本方法采用的液压试验台是专用于模拟地震波试验，由液压驱动的低频大推力大位移模拟试验系统。主要由液压台控仪，油源泵站，水平振动台及相关辅助元件组成。控制频率范围（0.1～160）Hz，推力150kN，可对加速度20m/s2、试件质量在2000kg以下机电产品进行正弦，随机振动，瞬态冲击等试验。地震波即为瞬态冲击波中的一种。系统原理如图2所示。

本液压模拟地震波试验系统（以下简称地震台）采用计算机数字迭代的补偿技术，实现台面地震波的再现。试验时，由振动台台面输出的波形是期望再现的某个地震记录或者设计的人工地震波，由于包括台面、试件在内的系统非线性的影响，在计算机给台面的输入信号激励下所得的反应与输出的期望之间必然存在误差。这时，可由计算机将台面输出信号与系统本身的传递函数（频率响应）求得下一次驱动台面所需的补偿量和修正后的输入信号，经过多次迭代直至台面输出反应信号与原始信号之间的误差小于预先给定的量值，完成迭代补偿并得到满意的地震波形。

測试系统除了对台身运动进行控制而测量其位移、加速度等外，还可对被测试模型进行多点测量，一般是测量位移、加速度和应变等，根据需要来了解整个模型的反应。位移测量多数采用差动变压器式和电位计式的位移计，可测量模型相对于台面的位移或相对于基础的位移；加速度测量多采用应变式加速度计、压电式加速度计。

4、组合分析

将评价模型刚性连接固定于地震台水平台面上，采用多通道组合控制的模式安装（如图3），具体方案如下：

通道1——液压油缸位移传感器；通道2——试验台水平台面中心；通道3——固定支架；其余通道——根据需要粘贴传感器于相对应的位置。采用2、3通道对模型进行控制，其余通道作为监测观察所需位置的响应函数。

试验开始前对整个系统进行一个0.5～100Hz的扫频试验以验证模型在此频率范围内是否存在共振频率，完成后进行模拟地震波试验（如图4）。

可根据不同的抗震试验等级确定所需的地震波形量级大小。

5、结束语

实际的地震波是六自由度的复杂随机冲击响应普合成的，本方法就单自由度的地震波进行研究，对地震波进行模拟，分析在不同等级的震动登记下电梯整机部件的耐受程度，对不同要求的整机部件提出抗震性能的要求。

国家质检总局科技计划项目（编号：：2015QK189）支持。

参考文献

[1]GB/T 31095-2014 《地震情况下的电梯要求》[S]；

[2]GB 50096-2011《住宅设计规范》[S]；

[3]宋雪.关于地震的发生与结构抗震的浅谈[J].硅谷.2008（23）；

（作者单位：重庆市特种设备检测研究院）