摩擦摆隔震技术研究和应用的回顾与前瞻(Ⅰ)——摩擦摆隔震支座的类型与性能

摩擦摆隔震支座是一种具有广泛应用前景的隔震支座,本文回顾总结了20多年来国内外摩擦摆隔震支座的开发和研究进展。依据几何构造的异同将现有的各摩擦摆隔震支座分为曲面式、沟槽式、曲面沟槽混合式摩擦摆隔震支座等3类,分别介绍了各类摩擦摆隔震支座的基本构造、隔震原理、消能机制与回复机制、性能研究和分析模型等。     

摩擦摆隔震支座的研究及发展应用

简要概括了国内外滑移摆隔震技术的应用发展状况。系统总结、评述了摩擦摆隔震技术若干方向的研究进展,包括摩擦摆隔震结构性态、地震反应、隔震效果等。     

复摩擦摆支座应用于楼面隔震研究

对复摩擦摆支座在楼面隔震中的应用进行了研究.在长期使用过程中,隔震楼板的上部质量可能发生较大变化,考虑到摩擦摆支座自身隔震周期与上部质量无关的特性以及复摩擦摆支座相较于单曲面摩擦摆支座更好的隔震效益,因此推荐复摩擦摆支座用作楼面隔震支座.为控制隔震楼板相对结构楼面的位移,可通过提高复摩擦摆支座的摩擦系数或附加粘滞阻尼器而实现.以一工程实例为背景,对比研究粘滞阻尼器+低摩擦系数复摆支座方案与高摩擦系数复摆支座的隔震效果,发现前一方案 可以保证不同加速度水平作用下隔震楼面的隔震效果,是一种较好的隔震配置组合.     

摩擦摆隔震支座固体润滑技术综述

随着隔震技术的发展,摩擦摆隔震支座因其隔震周期与上部结构质量无关且具备自复位能力等独特优势受到日益广泛的关注。保证摩擦面稳定的低动摩擦系数是推动其工程应用的关键。目前,美国摩擦摆产品多使用航空航天领域的固体润滑技术,而此类技术应用于摩擦摆的相关研究在我国尚处于起步阶段,亟需进行系统梳理和思考。文章简述滑动摩擦界面固体润滑的基本原理,梳理国内外摩擦摆和其他滑动型支座固体润滑技术的研发情况,对金属和金属氧化物、过渡金属二硫化物、工程塑料这三大类常用固体润滑材料的优势和不足进行分析,总结滑动型支座常用的摩擦系数测试方法,讨论速度、压强、温度和表面粗糙度等因素对试验结果的影响,对比摩擦摆隔震支座固体润滑的理想工作阈值和国家现行标准的技术要求,最后给出对固体润滑层技术未来研究方向与研究内容的相关建议。     

某摩擦摆隔震框架结构地震反应分析

介绍摩擦摆隔震支座的基本原理,采用可考虑动轴力和双方向耦合的FP模型建立摩擦摆隔震框架结构,分别用ETABS、SAP2000和MIDAS三个软件对摩擦摆隔震框架结构及其对应的非隔震框架结构进行模态分析、反应谱分析以及动力时程分析。结果表明:安装摩擦摆隔震支座能有效地控制位移、加速度和基底剪力等地震反应,削减构件内力;相比于多遇地震,罕遇地震下支座耗能性能得到更充分的发挥、结构响应降幅明显,减震效果更为理想。     

关于摩擦摆技术的应用和分析

介绍了摩擦摆技术的起源及研究现状,总结了学者在这一领域的不同研究结果,分析了国内建筑结构使用摩擦摆隔震技术的必要性,最后论述了对摩擦摆技术进行革新的必要性。     

某采用摩擦摆隔震支座的钢筋混凝土框架结构设计与分析

对一个采用摩擦摆隔震支座的钢筋混凝土框架结构工程案例进行详细的设计与分析。对比了结构计算软件中摩擦摆隔震支座单元的计算模型与实际摩擦摆隔震支座试验力学性能的差异以及带来的误差,分析了摩擦摆隔震支座隔震方案与叠层橡胶隔震支座隔震方案在设计中的异同点。结果表明:摩擦摆隔震支座的力学性能在现有结构计算软件中得到很好的模拟;摩擦摆隔震结构能够取得和叠层橡胶隔震支座相近的隔震效果,且不需要经过专门的隔震层刚心调整就能有效抑制隔震层的地震扭转反应;摩擦摆隔震支座的连接螺栓不会承受竖向拉力的作用,相关预埋件长度可以大大缩短,降低施工难度。     

摩擦摆隔震结构支座失效的判定条件

昆明某三层钢框架结构,结构总高度18.7m,最大层高3.6m,采用摩擦摆隔震技术。通过试验,获得了隔震支座的竖向刚度。在SAP2000中,通过合理的参数设置,对该结构进行了罕遇地震弹塑性时程分析。提出了支座在罕遇地震下发生破坏的判断条件,结果显示该结构所有摩擦摆隔震支座在罕遇地震下未发生破坏。     

FPS摩擦摆隔震体系振动台试验研究与理论分析

FPS摩擦摆是一种新兴的隔震装置,具有良好的限位复位功能。本文将FPS摩擦摆置于基础与上部建筑之间的隔震层,成功地完成了5层框架的FPS摩擦摆隔震装置的模拟地震振动台试验,这也是我国进行的第一个运用FPS摩擦摆隔震装置的模拟地震振动台试验。试验结果分析表明:FPS摩擦摆隔震装置能够有效地延长上部建筑物的自振周期,减少地震作用对上部结构的影响,隔震效果明显,不失为一种有效的隔震装置。     

摩擦摆隔震框架结构振动台试验研究

摩擦摆是一种常见的隔震装置,将基础和上部结构隔开,在地震发生时起到保护上部结构的作用。为研究摩擦摆隔震结构在地震作用下的响应,设计一个4层框架抗震结构与一个隔震结构以及它们对应的缩尺模型,选择了2条天然地震动和1条人工地震动,分别对2个缩尺模型进行振动台试验。试验考察2个结构的动力特性、层位移响应、楼层加速度以及隔震层的响应。研究表明：摩擦摆具有良好的隔震能力,能显著降低层位移以及楼层加速度,降低的幅度超过50%。     

摩擦摆隔震结构的地震响应分析

基于摩擦摆（FPS）及其隔震剪切型结构的振动微分方程，进一步研究了该系统的振动形态。通过改变摩擦摆的摩擦系数和滑道半径，分析二者对结构隔震效果的影响。结果说明：摩擦系数对结构层间位移、基底剪力以及基底滑移量均有较大的影响；滑道半径对基底滑移量有较大影响，但对层间位移和基底剪力影响不大。     

摩擦摆隔震支座在地震反应中的影响分析

本文以一座7层框架结构作为研究对象,运用有限元分析软件SAP2000,对摩擦摆基础隔震结构进行地震反应分析,输入地震波EI-Centro波,通过调整摩擦摆支座的摩擦系数,分析在不同的摩擦系数下结构的周期、基底位移、楼层加速度的影响变化,表明随着支座摩擦系数的增大,结构自振周期逐渐变小,楼层的滑动位移反应也呈减小的趋势,但楼层加速度反应会逐渐变大,为滑移隔震技术应用到实际工程提供了参考依据。     

变曲率摩擦摆隔震支座理论分析与数值模拟

介绍了变曲率摩擦摆隔震支座的基本构成,从力学平衡原理出发对变频式摩擦摆隔震支座和锥形摩擦摆隔震支座两类变曲率摩擦摆隔震支座进行理论分析,推导出变曲率摩擦摆隔震支座的刚度,探讨了支座的自回复特性,得出支座最大残余位移的计算公式.采用ABAQUS软件对2类变曲率摩擦摆隔震支座进行实体单元建模,模拟了低周反复荷载作用下的滞回...     

摩擦摆隔震结构振动台模型设计方法研究北大核心

随着隔震技术的应用发展,摩擦摆支座作为一种新颖的隔震支座,已逐步在国内外工程中使用。摩擦摆隔震结构的振动台试验模型设计方法具有特殊性,对其特殊性的把握将直接影响振动台试验的结果。以西昌(9度区)某基础隔震高层框架-核心筒结构为原型结构,研究了摩擦摆隔震结构的振动台试验模型设计的核心方法,包括模型整体相似关系、隔震支座数量等效、隔震层相似关系、隔震层等效以及模型支座参数确定,以期为今后摩擦摆隔震结构振动台试验模型设计提供参考。     

摩擦摆隔震层的瞬时偏心与扭转反应分析

摩擦摆隔震技术具有隔震周期与上部建筑的自重无关、自带摩擦耗能能力、隔震层没有初始偏心等优点,正逐渐被我国工程界所接受.但是,由于摩擦摆支座的水平刚度与其所受竖向力成比例,上部结构在水平地震作用下产生的倾覆力矩会使摩擦摆支座的竖向力发生变化,从而导致隔震层刚度中心偏移并可能使隔震层发生扭转.以一个摩擦摆隔震原型建筑的地震...     

模块化钢框架变摩擦摆隔震结构抗震性能研究

模块化建筑具有整体装配率高,施工绿色环保、高效等优点,然而其抗震性能相对较差,震后修复成本高。将隔震技术应用到模块化建筑中,可在不改动上部结构的前提下,改善其整体抗震能力。相比传统橡胶隔震技术,摩擦摆隔震技术具有承载力大、工业化程度高、湿作业少等优势。为此,研发了一种自适应变摩擦摆隔震支座,分析了该支座力学特性,确定其有限元模拟方法。对变摩擦摆隔震支座进行不同工况下剪切性能试验,试验和有限元模拟结果相对误差均在10%以内,验证了有限元模拟方法的正确性。基于GB/T 51408—2021《建筑隔震设计标准》提出模块化钢框架变摩擦摆隔震结构一体化直接设计方法,以实际工程为背景,设计模块化钢框架摩擦摆和变摩擦摆隔震结构,并对非隔震结构和隔震结构的抗震性能进行对比分析。研究表明：相比摩擦摆隔震支座,所提出变摩擦方式可实现支座等效刚度增加11%左右,等效阻尼比增加18%左右;相比摩擦摆支座隔震结构,变摩擦摆支座隔震结构的楼板加速度、层间位移角、层间剪力和上部结构损伤程度略有增加,但隔震层位移明显减小,且这种特性随地震动强度的增加而愈明显,体现了变摩擦摆支座的自适应性。     

摩擦摆隔震桥梁的设计及应用

摩擦摆支座(FPB)是一种性能优良的隔震装置,在国外的桥梁、建筑和工业工程中已有广泛应用,采用FPB进行隔震设计已得到美国各类抗震设计规范的肯定,并在国外通用的有限元软件中,如SAP2000,有专门的分析模型。目前,FPB在我国桥梁工程中的应用还很少。详细介绍了FPB的组成材料和力学性能,并将FPB的力学性能与我国桥梁抗震中应用较多的铅芯橡胶支座(LRB)进行了对比,FPB的力学性能在很多方面都优于LRB。     

水平双向地震作用对摩擦摆基础隔震结构隔震支座位移的影响

对不同场地条件下、不同周期的摩擦摆基础隔震结构在水平双向和单向地震作用下的隔震支座位移进行了对比分析,表明水平双向地震作用下隔震支座的总位移均明显大于水平单向地震作用下的支座位移。因而,在简化设计中确定摩擦摆基础隔震结构隔震支座位移时,可将水平单向地震作用下的隔震支座位移增大30%,以考虑水平双向地震作用对摩擦摆基础隔震结构隔震支座位移的影响。     

摩擦摆隔震混凝土框架结构的有限元分析

对一幢四层摩擦摆隔震框架结构进行ABAQUS有限元模拟,将隔震前后结构的动力反应进行了对比,分析结果表明:摩擦摆隔震支座可有效降低上部结构的地震响应,具有使上部结构整体平动的良好隔震性能。     

摩擦摆隔震支座在储液罐隔震的应用

由于储液罐类结构的特殊性,它的抗震问题一直没能得到很好解决。近些年,在国外特别是地震高发区,采用FPS摩擦摆动支座在工业用存储罐隔震方面获得了较大推广,并取得了非常好的减震效果。以Haroun-Housner模型提出的理论为基础,针对某附加摩擦摆支座的储罐结构进行了抗震分析。计算分析表明:FPS支座对于减少储罐结构的地震反应作用非常明显,FPS支座在极温变化下性能仍然十分稳定,特别是对于高寒地区,可以替代低温性能不稳定的铅芯隔震支座。