滑移隔震结构设置连接摩擦阻尼器的地震反应研究

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摩擦滑移隔震技术

国有参与关系国有参与是国家基于宏观经济调控的目的动用财政力量进行社会投资比例再分配的一系列活动把它独立作为经济法的调整对象是基于国有参与在世界范围的经济实践中的重要性以及这类关系之间的共性通过国家直接参与市场经营活动实现宏观经济目的
科技信息．
专题论述
摩擦滑秘嗝震技市
杜克雄巢振张严平
３动力反应计算．以多层结构的层间剪切模型为例研究结构在地震作用下反应计算。（）力模型分析１动因为结构自身动力特性的影响，上部结构的动力反应对支承有显
（．・１ｌ广Ｉ工程顾问有限责任公司２株洲建筑设计院，宏达．
３山东钢建设有限公司淄博分公司）．
［摘要】文说明了摩擦滑移隔震结构的基本概念及特点，本介绍了目前对滑移隔震理论的研究状况，重点阐述了基于间断型库仑摩擦力模型的滑移结构地震反应计算方法，最后介绍了一种滑移隔震技术在我国村镇建筑减震中的应用。［关键词】滑移隔震库仑摩擦力地震反应工程应用
一
、
引言
传统的抗震结构体系主要是通过增大结构刚度的方式来抗御小震作用，在大震下需要利用结构的延性破坏来消耗地震能量。２Ｏ世纪７Ｏ年代初，在工程抗震学科中出现了结构振动控制技术，对地震由“ ” 抗变 “ ” 一种积极主动的减震方法。构振动控制技术包括很多方面，导，是结其中发展最成熟的就是隔震技术。基础隔震是在基础顶面和上部结构之间设置隔震层，阻隔地震作用向上部结构传递。利用基础隔震系统延长结构周期，避开场地的卓越周期，以使地震能量主要由隔震层来承担。同时给予适当阻尼以耗散一可部分地震能量并将隔震层的位移反应限制在允许范围内。基础隔震的类型主要有叠层橡胶垫隔震体系、滑动摩擦隔震体系、组合隔震体系、摩擦摆体系、滚轴或滚珠摩擦隔震体系及滑动凹面基础隔震体系等。由于安全性、可行性和经济性等各方面的原因，研究和应用较为广泛的主要是叠层橡胶垫隔震体系、摩擦滑移隔震体系和复合隔震体系。本文将重点介绍摩擦滑移隔震体系。二、移隔震的概念及特点滑摩擦滑移隔震技术是开发应用最早的隔震措施之一，其基本原理是：在上部结构基础之间设置摩擦滑移隔震层，允许建筑物在发生地震时相对于基础做整体水动。由于隔震层抗剪刚度很小，限制了地震作用向上部结构的传递，同时，建在滑移过程中通过摩擦耗散了地震能量，从而达到隔离地震的效果。滑移隔震下优点：１．技术简单易行，造价较低；２发生滑移位移后，．不影响其支座向承载力，因此不需要安全装置；３受地面运动频率特性的影响较小，．几乎不发生共振现象；４限制了传给上部结构的最大加速度；．５上部结构的设计明确。．常用的滑移材料有砂粒、石蜡、柔性石墨涂层、聚四氟乙烯（ｆｎｔｌ）ｅｏ板或其涂复合聚四氟乙烯以及不锈钢板等。砂粒经多次往复滑动后，砂粒破碎，上下接印被摩擦而粗糙，使摩擦系数较大。石蜡由于它的粘结作用不易滑动而极易出摆振动。石墨是一种较理想的低磨阻滑移材料。现在常用的滑移元件是低摩擦材料聚四氟乙烯喷涂的不锈钢板。三、滑移隔震理论研究１．计算模型（）１刚体模型。对隔震建筑物而言，自振周期很小（０１以下）当如．时，常可将被隔震体当作刚体考虑，刚体隔震体系在简谐激励下的运对动进行分析，其周期运动有三种状态：啮合一啮合、啮合一滑移、滑移一滑移。（）自由度滑移隔震体系模型。２单当结构基本周期较大ｆ如大于０）．１时，相对于输入波有较显著的弹性特征时，其动力反应对滑移支承有明显的弹性反馈作用，同时支座滑移又显著影响上部反应；而且滑动时动力反应特征有较大变化。常采用单自由度的剪切模型。其起始滑动与峰值频谱（或者说与场地特征）有关，而滑移中最大加速度反应则仅与摩擦面有关，且不存在共振问题，与刚体比较，故既有相似之处，又有截然不同的特点。（）自由度滑移隔震体系的模型。无论理论分析还是设计而言，３二用自由度数目较少的等代体系来模拟和分析多自由度剪切型结构隔震体系是十分有意义的。通常采用二自由度隔震体系作为简化模型。这种简化模型对于多自由度剪切型结构隔震体系的模拟要求既能够模拟其在不滑动状态时的情况，同时也能模拟结构特性，如基础最大剪力和最大滑移量等，并与多自由度剪切型结构隔震体系相接近。（）自由度滑移隔震体系模型。对多层结构的滑移隔震研究有着４多重要的现实意义，但研究工作还很不够，通常以图ｌ示的计算进行分析：认为由于支座滑移、地震作用沿竖布趋于平缓，结构底部剪力具有一上限值，即最大静摩擦力，其层间最大剪力沿楼层异于结构的梯形分布，绝对加速度沿楼层呈“ ” 与传统结构的倒三角分布也有很大区别。Ｋ，２滑移隔震结构抗倾覆稳定－滑移隔震结构由于在支座处上下断开，极易产生倾覆失稳问题。若无附加抗倾覆措施，地震下的抗倾覆力矩只有自重来提供。一个判断结

滑移隔震结构滑移量的计算研究

的增加在某种程度上反而有利于最终滑移量的减小。
矩阵缩减）。它是三种方法中功能最强的，允许包括各类非线性（塑性，大变形，大应变，接触单元分析等）。因此可以用来分析滑移隔震结构。分析中考虑了惯性和阻尼的影响，因此要打开时间积分效果。阻尼在瞬态动力学分析中可以指定三种形式：Ａｌｐｈａ（质量）阻尼、Ｂｅｔａ（刚度）阻尼、和材料相关的（Ｂｅｔａ）阻尼［Ｍｅ，ＤＡＭＰ１，本分析只考虑前两种形式的阻尼。加载方
其中：（Ｍ】＝质量矩阵；［ｃ］＝阻尼矩阵；［Ｋ】＝刚度矩阵；｛）＝节点加速度向量；ｆ｝：节点速度向量；ｆｘ】＝节点位移向量。在任意给定的时间ｔ，这些方程可看作是一系列考虑了惯性力［Ｍ］｛｝和阻尼了［ｃ】｛｝的静力学平衡方程。ＡＮＳＹＳ程序使用Ｎｅｗｍａｒｋ时间积分方法在离散的时间点上求解这些方程。接连的时间点间的时间增量称为积分时间步长（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｔｉｍｅｓｔｅｐ）。瞬态动力学分析可采用三种方法：完全（Ｆｕｌ１）法、缩减（Ｒｅｄｕｃｅｄ）法及模
２采用ＡＮ Байду номын сангаас ＹＳ动力分析的条件及计算模型

摩擦型阻尼器工作原理

在国内外科研人员的不断研究之下，建筑用摩擦阻尼器的种类越来越多，不仅开发出普通摩擦阻尼器，还开发出Pall 摩擦阻尼器及Sumitomo 摩擦阻尼器等多种摩擦阻尼器，其工作原理是利用减震的方法有避免对建筑物结构本身的破坏，接下来给大家具体介绍一下。

1、原理：
传统的抗震方法是通过结构本身的塑性变形来耗散地震能量,其实质就是把结构本身及构件作为“消能”元件,这样必然使结构产生不同程度的损坏,甚至产生严重的破坏和倒塌。

结构控制,通过在结构上设置控制装置,由控制机构和结构一起来抵御地震等动力作用,使结
构的动力反应减小。

2、优点：
在结构上附加耗能减震装置的减震方法是结构被动控制的一种摩擦阻尼器作为一种耗
能装置，因其耗能能力强，荷载大小、频率对其性能影响不大，且构造简单，特别是在控制结构近断层地震反应和中高层结构地震反应方面有较好的优势。

对结构进行振动控制机理是:阻尼器在主要结构构件屈服前的预定荷载下产生滑移或变形，依靠摩擦或阻尼耗散地震能量，同时，由于结构变形后自振周期加长，减小了地震输入从而达到降低结构地震反应的目的。

3、构造：
主要包括中间钢板，两外侧钢板以及钢板之间的摩擦材料，由中间钢板与摩擦材料之间的相对滑移产生摩擦力，将建筑物的振动能量转化成热能，从而达到减轻结构振动响应的目的。

上述内容仅供参考，如有需求，可咨询专业的生产厂家：南京大德减震科技有限公司进行详细的了解，以市场为导向，提供专业的工程减隔震技术咨询、各类减隔震产品的生产、试验、销售、安装、售后服务等一体化服务，拥有专利二十余项，拥有丰富的减震产品研发制造经验，参与过奥林匹克工程多项国家重点工程方案设计、产品制造、安装、售后等工作。

曲面隔震结构在地震作用下动力特性研究

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｕｒｖｅｄｓｕｒｆａｃｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｒｅｕｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｉｍｉｔａｎｄｒｅｓｅｔｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｆｒｉｃｔｉｏｎｓｌｉｐｉｓｏｌａｔｉｏｎｌａｙｅｒ，ａｎｄａｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｕｒｖｅｄｓｕｒｆａｃｅｆｒｉｃｔｉｏｎｓｌｉｐｉｓｏｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｕｎｄｅｒｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｎｇｌｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｉｓｏｌａｔｉｏｎｌａｙｅｒ，ｔｈｅａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｒａｄｉｕｓｏｆｃｕｒｖａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｉｓｏｌａｔｉｏｎｌａｙｅｒａｒｅｇｉｖｅｎ．ＴｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｆｏｒｍｕｌａｉｓｄｅｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅＭａｔｌａｂｃｏｄｅｓａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．ＴｈｅＴａｆｔｗａｖｅ，ＥｌＣｅｎｔｒｏｗａｖｅａｎｄＴｊｅｗｗａｖｅａｒｅｕｓｅｄｆｏｒｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｓｉｎｇｌｅｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｔｈｅｃｕｒｖｅｄｓｕｒｆａｃｅｓｌｉｄｉｎｇｉｓｏｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｕｎｄｅｒｅａｒｔｈｑｕａｋｅａｃｔｉｏｎｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｍａｉｎｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｒａｄｉｕｓｏｆｃｕｒｖａｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｔｈｅａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｏｅｓｎｏｔａｆｆｅｃｔｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｒａｄｉｕｓｏｆｃｕｒｖａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏ，ｔｈｅｓｍａｌｌｅｒｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｔｉｌｔａｎｇｌｅ．Ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｃｕｒｖｅｄｓｕｒｆａｃｅｓｌｉｄｉｎｇｉｓｏｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｕｎｄｅｒｅａｒｔｈｑｕａｋｅａｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｐｒｅｆｅｒｒｅｄｍｅｔｈｏｄｏｆｃｕｒｖａｔｕｒｅｒａｄｉｕｓｉｓｇｉｖｅｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｕｒｖｅｄｓｕｒｆａｃｅｓｌｉｐ；ｉｓｏｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ；ａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏ；ｃｕｒｖａｔｕｒｅｒａｄｉｕｓ；ｏｐｔｉｍｕｍｔｉｌｔａｎｇｌｅ

框架结构基础滑移隔震地震反应的ANASYS分析

０引
言
移隔震技Βιβλιοθήκη 能够在框架结构中能够得到应用成为一
个必要探讨的问题，而将该技术的应用范围扩大从至高层结构。本文以一个五层的钢筋混凝土框架结构为例，
我国自２纪６代起，隔震结构的计算０世０年对理论方法、型隔震支座设计及隔震结构体系做了新大量的研究，实现了工程应用＿２。基础滑移摩并ｌＪＩ
ｓｉｓｓｏｔａｏａｉｇｗｉｅｒｓｌｏｒｄｔｏａｅｓｉｔｕｔｒｓｔｅａｃｌｒｔｏｎｔｅｕｐｒｓｒｃｕｅｕｅｕｔｈｗｈｔｃｍｐｒｎｔｔｅｕ￣ｆｔａｉｎｓｉｍｃｓｒｃｕｈｈｉｌｅ，ｈｃｅｅａｉｎｉｐｅｔｔｒｓｄｈｕ
第１卷第４０期２０１２年８月
水利与建筑工程学报
０ａｅｅｏｒｅｎｃｉｃｒｌｆＷｌｒＲｓｕｃｓａｄＡｒｈｔｔａｔｅｕ
Ｖｏ．０Ｎｏ．１１４ｔｇ．，ｕ２０１２
框架结构基础滑移隔震地震反应的ＡＡＹＮＳＳ分析
Ａｂｓｒｃ：ＴｈｏｇｏａｉｇａｄａｌｚｎｅｈｒｏｏｈｅｉｏａｉｎｔｃｎｑｅｉｓｄｆｒｃｎｒｔｒｍｅｓｒｃｕｅｔａｔｒｕｈｃｍｐｒｎｎｎａｙｉｇｗｈｔｅｒｎｔｔｓｌｔｅｈｉｕｓｕｅｏｏｃｅｅｆａｔｕｔｒｓｏｂｓｎｙｕｉｇＡＮＡＳＹＳ，ｔｅｄｎａｃｒｓｏｓｓｏｅｉｏａｉｎｓｒｃｕｅｉｉｅｅｔｆｅｄｃｎｉｉｎｎｅｓｃｉｔｎｉｅｒｈｙｍｉｅｐｎｅｆｔｓｌｔｔｕｔｒｎｄｆｒｎｌｏｄｔｓａｄｓｉｍｉｎｅｓｔｓａｅｈｏｆｉｏｉ

摩擦滑移隔震结构的能量分析

摩擦滑移隔震结构的能量分析
王新建
摘
高永辉
要：采用小波包变换的方法，分析了摩擦滑移隔震结构在不同场地类别地震波重构信号作用下能量传递规律。结果
表明，地震波的低频信号对结构能量反应起主要作用，对于不同的场地类别，摩擦系数对隔震结构能量传递的影响不同。关键词：滑移隔震结构，小波包变换，摩擦系数
（）２
波包变换将地震波进行分解，过重构得到各频段分量信号，通将各频段重构信号施加于隔震结构，研究其在不同频率地震作用下
的能量反应规律。
其，符函，｛ｂ。中ｎ）号数ｇ）１＞。ｓ为ｓ：，ｇ（ｎ一０（．＜ｖ１，
将式（）式（）１，２的两边分别乘相对位移增量ｄｙ＝ｙｔ和ｄｄ＝ｄ，￡并在时间区间［１ｔ上积分（中ｔ为起滑时刻）得上ｔ，］其１，
Ｚ（） —Ｚ —Ｘ（）ｔ＝ｃＯｔ＝０（）参考文献：４
，可得：
钢筋锈蚀概率为：（）ｔ＝Ｐ｛Ｚ＜Ｏ｝
相应的可靠度指标可表示为：＝一声（）度＿，２就可以求得混凝土结构的碳化寿命及剩余碳化寿命。Ｊ
赵混Ｍ】北京：学出版科（）［］金伟良，羽习．凝土结构耐久性［．５１（）６
＋ｆ一）（一％）一，（＋ｋ＝
隔震层＾：
的规律及摩擦系数等参数的变化对能量传递的影响，但无法分辨
出地震波的某一频段信号对结构能量反应的作用；在此基础上文献［］２用合成的正弦波信号研究了不同频率组合对隔震结构能量

结构设置DFPS-TMD阻尼器减震效果分析研究

（ＨｅｂｅｉＵｎｉｔｅｄＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＥａｒｔｈｑｕａｋｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＨｅｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｔａｎｇｓｈａｎ０６３００９，Ｃｈｉｎａ）
［提要］根据Ｌａｇｒａｎｇｅ方程推导了结构顶部设置双滑动面摩擦摆调谐质量系统（ＤＦＰＳ — ＴＭＤ）的动力反应分析计算公式，并
根据龙格一库塔法利用ＭＴＡＬＡＢ语言编制程序求解。计算结果表明：设置质量调谐系统之后，结构地震动力反应、楼层位移、层间位移、楼层速度及加速度分别减小，反映了该减震系统具有良好的减震效率与耗能效果。减震效果与滑道半径、摩擦系
ｅｎｅｒｇｙｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗｉｌｌｅｘｈｉｂｉｔｔｈｅｂｅｓｔｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｗｉｔｈｔｈｅｓｌｉｄｅｒａｄｉｕｓｂｅｉｎｇ１．５ｍ．ｔｈｅｓｌｉｐｆｒｉｃｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｂｅｉｎｇ０．Ｏ１．ａｎｄｔｈｅｔｕｎｅｄｍａｓｓＭ／ｍ＝３．
第３６卷第１期
２０１４年２月
工程抗震与加固改造

我国基础滑移隔震的发展与研究

我国基础滑移隔震的发展与研究王晴晴【摘要】简要介绍了基础隔震结构的概念,从理论研究与试验研究两个方面对国内基础滑移隔震的发展与研究做了综合论述,并对以后国内滑移隔震技术的研究进行了展望,有利于促进滑移隔震技术的发展.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2015(041)009【总页数】2页(P32-33)【关键词】摩擦滑移隔震;理论研究;试验研究;结构【作者】王晴晴【作者单位】安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南232001【正文语种】中文【中图分类】TU352.1基础隔震结构由上部结构、隔震装置及下部结构三部分构成，隔震原理如图1所示。

在建筑的上部结构和基础之间设置隔震装置形成隔震层，使上部结构和地震动的水平成分相绝缘，延长自振周期，增加结构阻尼，减少建筑结构的加速度反应，而结构的位移则主要集中于隔震层，上部结构相对位移很小，结构整体基本处于安全的弹性状态，建筑物不会破坏或倒塌。

摩擦滑移隔震系统主要包括滑移支承元件和限位消能元件两部分。

滑移支承元件除了承担上部结构的全部重量，并承受上部结构与地基基础之间的相对水平位移，还延长了建筑结构物的自振周期，从而有效的降低建筑结构的地震动反应。

滑移支承元件是在摩擦滑移隔震体系中起关键作用的重要装置，而限位装置只负责提供水平恢复力。

滑移隔震体系彻底克服了传统结构“硬抗”式的抗震方法。

基础滑移隔震的概念最早是在1881年由日本的河合浩藏提出的，他的设想是，先在地基上纵横交错放置几层圆木，再在圆木上浇筑混凝土作基础，最后在混凝土基础上盖房，以此来降低地震能量向建筑物的传递[1]。

我国对隔震技术的研究开始于20世纪80年代。

在1976年唐山大地震中，受地震灾害较轻的是那些钢筋混凝土框架与基础不相连的房屋建筑，李立从这种现象中得到了启发，提出砂垫层隔震的方法，就是在地基与底部圈梁之间垫一层筛选过的砂，在地震发生时，可以使上部结构与地基基础产生一定的相对滑动，限制地基向上部结构传力。

偏心基础滑移隔震结构双向水平地震反应分析

偏心基础滑移隔震结构双向水平地震反应分析武梦雅;王梦圆;李玉荣【摘要】为了探讨偏心基础滑移隔震结构在双向水平地震波输入下的结构地震反应，以一基础滑移隔震五层剪切型结构为例，采用SAP2000程序，通过改变结构构件的布置来改变结构质量中心的偏心距，分析在不同偏心距下结构的反应。

结果表明，隔震层和上部结构的加速度随偏心距增加而减小，而结构的扭转效应和位移反应则随偏心距的增加明显增大。

因此，在实际应用中应该控制结构的偏心距以保证隔震结构的隔震效果。

%In order to study the seismic response of base -isolated building to bi -directional horizontal earth-quake , taking a five-layer shear structure with sliding base -isolation as an example , using SAP2000 program, the response was analyzed under different eccentricity by changing the arrangement of structure components to change the center of mass eccentricity .The results showed that the acceleration of isolation layer and the upper structure decreases with the increase of eccentricity , while the torsion effect and displacement response increase with the increase of eccentricity obviously .Therefore , the eccentricity of the structure should be limited to ensure the isolation effect of isolation structure in the practical application .【期刊名称】《安徽理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】4页(P35-37,45)【关键词】滑移隔震;双向水平地震;偏心扭转效应【作者】武梦雅;王梦圆;李玉荣【作者单位】安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南 232001;安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南 232001;安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南 232001【正文语种】中文【中图分类】TU352.1从20世纪20年代开始，滑移隔震技术已经在土木工程中广泛应用，研究人员对滑移隔震结构的动力方程、恢复力模型及其隔震性能等进行深入研究，致力于滑移隔震技术的发展与推广。

水平地震作用下基础滑移隔震MDOF结构地震反应振型分解时程分析法研究及计算机仿真

水平地震作用下基础滑移隔震MDOF结构地震反应振型分解时程分析法研究及计算机仿真【摘要】目的为基础滑移隔震mdof结构地震反应时程分析计算提供精确解析解算法.方法通过对结构滑移、啮合两种状态边界条件的判断及振型分解法运动方程的建立，并通过对两种运动状态下解的正则坐标的坐标变换实现了两种运动状态的衔接.结果通过计算机编程及具体的工程实例进行仿真计算，并与同一实例的数值近似算法结论进行对比，发现本算法精确度高且性能稳定。

结论振型分解法同样适用于基础滑移隔震mdof结构地震反应时程分析计算并为其它数值近似算法提供精确解析解。

【关键词】基础滑移隔震；时程分析法；振型分解法；解析解建筑减震[1]的优势表现在地震历程的中后期，建筑隔震[1]的优势表现在地震历程的前期，地震发生时破坏力最强的阶段往往发生在地震历程的前几秒[2]，所以建筑基础滑移隔震逐步成为热门研究课题，基础滑移隔震结构地震反应时程分析算法常用的是等数值算法[3]，其时间积分步长的合理选择对计算结果的精度的影响很大，并直接影响到计算结果的稳定性，决定时间积分步长的主要因素有两个：（1）结构的最小自振周期，（2）输入地震波谱中所包含的最高频率。

实践证明数值算法会有较大的时间损耗，而且计算精度及稳定性也不好保证，本文就是在这种情况下寻求精确解析解且计算在整个历时过程无时间衰减的基础滑移隔震多自由度（mdof）结构地震反应时程算法的研究。

它通过对结构滑移、啮合两种状态边界条件的判断及振型分解法运动方程的建立，并通过对两种运动状态下解的正则坐标的坐标变换实现了两种运动状态的衔接，从而实现了计算机的仿真，成功找到了本问题的精确解析解算法。

1.无阻尼多自由度结构在滑移状态下的运动方程及求解设有一层的剪切型具有滑移隔震基础的mdof结构，基础的质量为，向上每层的质量依次为：结构在时刻处于滑动状态，为基础在本时间段在总整体时间坐标系里的绝对位移，为第层的绝对位移函数；为第层柱子的总刚度，为结构的总重量，为基础和地面滑动平台之间摩擦材料的动滑动摩擦系数，为基础和地面滑动平台之间摩擦材料的静滑动摩擦系数，为已知的地震动函数，为提高计算精度，本文采用的是摩擦力模型，则基础下表面所受的滑动摩擦力为，则有运动方程：（1）其中；；，它们皆为阶矩阵，方程（1）解的形式为：（2）由于结构在滑动时会出现一个平动振型，与其对应的结构自频是零，那么上式中的正则坐标中将出现分母为零的状态，这样一来计算机运算时将会逸出并致使计算中断，所以必须对上式中的与对应的正则坐标进行化简！================++====================++。

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第３７卷第２期　２０１７年６月　华　南　地　震　

ＳＯＵＴＨ　ＣＨＩＮＡ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＥＩＳＭＯＬＯＧＹ　Ｖｏ１．３７．ＮＯ．２　

Ｊｕｎ．．２０１７　

邹爽，井上范夫，五十子幸树．滑移隔震结构设置连接摩擦阻尼器的地震反应研究【Ｊ］．华南地震，２０１７，３７（２）：８６—９１．［ＺＯＵ　Ｓｈｕａｎｇ，ＩＮＯＵＥ　Ｎｏｆｉｏ，ＩＫＡＧＯ　Ｋｏｈｊｕ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｈｉｇｈ—ｒｉｓｅ　ｆｌａｍｅ　ｃｏｒｅ　ｔｕｂｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｎｅａｒ　ｆｉｅｌｄ　ｅａ￣ｈｑｕａｋｅ　ｚｏｎｅ　ｏｆ　ｈｉ　ｇｈ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　【ＪＪ．Ｓｏｕｔｈ　ｃｈｉｎａ　ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｓｅｉｓｍｏｌｏｇｙ，２０１７，３７（２）：８６－９１．］　

滑移隔震结构设置连接摩擦阻尼器的地震反应研究　邹爽　，井上范夫　，五十子幸树。　（１．广州大学工程抗震研究中心，Ｆ￣＇ｋｌ＇ｌ　５１０００６；２．Ｅｔ本东北大学工学研究科，宫城仙台９８０８５７９；　３．日本东北大学灾害科学国际研究所．宫城仙台９８０８５７９）　

摘要：针对罕遇地震作用下，滑移隔震结构滑移量过大控制力不足的问题，提出了带有连接部件，控制滑移　隔震结构过大滑移量的被动控制装置一连接摩擦阻尼器。研究滑移隔震结构附加连接摩擦阻尼器时的地震反应　情况．并通过实际算例分析表明：滑移隔震结构附加连接摩擦阻尼器能够在不削弱滑移隔震支撑对中小地震　控制效果的基础上．有效地控制大震以及罕遇地震作用时，隔震层的最大滑移量和上部结构的响应加速度。　验证了滑移隔震结构附加连接摩擦阻尼器的有效性和适用性。　关键词：基础隔震，滑移隔震，摩擦阻尼器，地震反应，滑移　中图分类号：ＴＵ３１１．３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００１—８６６２（２０１７）０２—００８６—０７　ＤＯＩ：１０．１３５１２／ｊ，ｈｎｄｚ．２０１７．０２．０１４　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｓｅｉｓｍｉｃ　Ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ　ｏｆ　Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　Ｄａｍｐｅｒ　ｗｉｔｈ　Ｃｏｕｐｌｉｎｇ　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｆｏｒ　Ｓｌｉｄｉｎｇ　Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　

ＺＯＵ　Ｓｈｕａｎｇ　，ＩＮＯＵＥ　Ｎｏｒｉｏ　，ＩＫＡＧＯ　Ｋｏｈｊｕ。　（１．Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｔｅｓｔ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０４０５　Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴＯＨＯＫＵ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｅｎｄａｉ　９８０８５７９，Ｊ￣ｐａｎ；３．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＤｉｓａｓｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，ＴＯＨＯＫＵ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｅｎｄａｉ　９８０８５７９，却ａｎ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔ０　ｓ０ｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈａｔ　ｓｌｉｐ　ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ　ａｎｄ　ｉｎａｄｅｑｕａｔｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗｈｅｎ　ｒａｒｅ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｈａｐｐｅｎ，ａ　ｎｅｗ　ｄｅｖｉｃｅ　ｆｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ａ　ｆ　ｉｃｔｉｏｎ　ｄａｍｐｅｒ　ｗｉｔｈ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｉｓ　ｃｒｅａｔｅｄ．Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ　ｏｆ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗｉｔｈ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｄａｍｐｅｒ　ｗｉｔｈ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｗａｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ａｎｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｃａｓｅ　ｓｔｕｄｙ，ｔｈａｔ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗｉｔｈ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｄａｍｐｅｒ　ｗｉｔｈ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｃａｎ　ｎｏｔ　ｗｅａｋｅｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｆｏｒ　ｓｍａｌｌ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ．ｗｈｉｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｌｉｐ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　

收稿日期：２０１７—０３—２３　基金项目：广东省自然科学基金项目（２０１６Ａ０３０３１０２５５）　作者简介：邹爽（１９８４一），女，博士，助理研究员，从事建筑减隔震研究。　

Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｏｕｓｈｕａｎｇ＿＿２０１５＠１６３．ＣＯＩＴＩ．　第２期　邹爽等：滑移隔震结构设置连接摩擦阻尼器的地震反应研究８７　ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｐｐｅｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｆｏｒ　ｒａｒｅ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｖｅｒｉｆｙ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗｉｔｈ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｄａｍｐｅｒ　ｗｉｔｈ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｉｓ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｂａｓｅ—ｉｓｏｌａｔｅｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；Ｓｌｉｄｉｎｇ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ；Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｄａｍｐｅｒ；Ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ；Ｓｌｉｄｉｎｇ　

０前言　基础隔震技术是近年来一种发展较快的抗震　技术［１－ｏ３　因其经济、适用和安全可靠的抗震控制　措施．在国内外得到了广泛的工程应用和发展。　基础隔震技术是基于耗能和滤波原理来阻断或减　少地震波向上部结构传播的被动控制系统［７１。其　中．基础滑移隔震技术因其具有简单易行、造价　低廉受地面运动频率的影响较小．几乎不发生共　振现象：发生滑移位移后，不影响竖向承载能力、　减小上部结构的层间相对位移和内力等优点．而　得到广泛的认可和长足的发展．形成了结构控制　的新趋势　基础滑移隔震的基本原理是在建筑物　的上部结构与基础之间设置滑移隔震装置及限位　装置组成的隔震层：当发生一定强度的地震时．　上部结构相对于基础整体水平滑动．通过隔震层　的滑动隔离传向上部的地震力．限制由基础传递　到上部结构的摩擦力及输入上部结构的地震能量．　通过隔震层的位移变形．大大减小了上部结构的　地震反应＿８＿”】　但是．建筑物底部提供的摩擦力有　限．当发生超过设防标准的大地震时．滑移隔震　建筑的隔震层会发生过大的位移．甚至导致隔震　主体结构与周围维护结构发生碰撞破坏『ｌ４　ｑ　２０１　１　年日本东北大地震中。观测到的最大隔震层位移　达到０．３３５　ｍ．超过设计中规定的０．３００　ｍ的隔震　层预留安全距离【ｌ７】　滑移量过大．对于滑移隔震系　统来说，其负面问题就显得特别关键．从而造成　了滑移隔震体系难以推广应用　本文旨在分析滑移隔震结构隔震层滑移量过　大导致负面问题产生的原因．介绍用于控制过大　滑移量产生的连接摩擦阻尼器．研究滑移隔震结　构附加连接摩擦阻尼器时的地震反应情况．并通　过实际算例验证滑移隔震结构附加连接摩擦阻尼　器的有效性和适用性　１隔震层的衰减特性　１．１模型的建立　隔震体系的力学模型近似描述在一定条件下　隔震体系的动力特性。隔震体系模型化的主要依　据是结构的整体变形特点、弹塑性动态分析的研　究经验和实验研究的结果。本节主要研究隔震层　响应位移与隔震层控制效果的关系　由于隔震建　筑上部结构的层间位移相对于隔震层位移而言很　小．因此．本节研究中忽略上部结构的影响，将　隔震层上部结构简化为单质点系．选用１个自由　度模型．见图１．并对该模型进行如下假定：　（１）将隔震体系上部结构视为线弹性体。　（２）仅考虑水平方向地震作用，结构发生剪　切变形。　（３）忽略动力作用对建筑基底与基础之间的　摩擦系数的影响．将其视为常量．并符合库伦摩　擦力定律　

图１分析模型　Ｆｉｇ．１　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｏｄｅｌ　

１．２隔震层的衰减特性　如图１所示的滑移隔震分析模型中．隔震层　由滑移隔震支撑和恢复力材料构成　地震发生时．　安装在隔振层中的滑移隔振支撑和恢复力材料发　挥衰减作用。假定滑移隔震支撑的初始刚度无限　大，隔震层的衰减特性可用刚塑性恢复力模型表　示，见图２，基于此可求得隔震层对整体结构的等　价衰减系数ｈｅｑ　

＋　滑移隔震支撵　恢复力材料　隔震层　图２滑移隔震层刚塑性模型　Ｆｉｇ．２　Ｒｉｇｉｄ—ｐｌａｓｔｉｃ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｓｌｉｐ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｌａｙｅｒ　８８　华　南　地　震　３７卷　＾叫＝ｏ．８．　’　ＡＷ　（１）　

ＡＷ＝４・　。・６　（２）　＝　Ｉ・　・　（３）　

ｒ＝　ｒ＋　（４）　＝／ｚ・ｍ・ｇ　（５）　将式（２）、（３）、（４）、（５）带人式（１）可得　

＿０．８　南　（６）　

根据式（６）可绘制等价黏性衰减系数与隔震层　位移的变化关系。见图３。Ｆｈ图可知隔震层的等价　黏性衰减系数随着隔震层位移变大而逐渐降低。　因此．随着隔震层位移的增大．滑移隔震支撑对　整体的控制作用不足的缺陷也被放大．甚至会引　起上部结构与周围维护结构之间发生碰撞破坏　这也是造成了滑移隔震体系难以推广应用的主要　原因之一。　

２连接摩擦阻尼器的提出【ｌ８１　为了弥补超过设防的罕遇大地震作用时．滑　移隔震结构隔震层控制力不足的缺陷．一味地增　大隔震层的衰减性能．又会增大上部结构的响应　加速度．降低滑移隔震在中小地震作用下的控制　垛　瞄　谛　隔震层最大位移，ｎ　图３隔震层等价衰减系数　Ｆｉ．３　Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｌａｙｅｒ　性能。针对这一矛盾．２００９年日本东北大学井上　教授等人研发了一种带有连接部件．控制罕遇地　震作用时．滑移隔震层发生过大位移的被动控制　装置一连接摩擦阻尼器（以下称ＦＤＣ），见图４　ＦＤＣ南摩擦和连接两部分组成　摩擦部分南　内部摩擦拉杆、摩擦套筒以及两侧螺旋弹簧构成。　内部摩擦拉杆和摩擦套筒之间的相互摩擦产生摩　擦力　可以人为调节摩擦套筒紧箍内部摩擦拉杆　的程度来调节摩擦力的大小　两侧螺旋弹簧提供　连接时的弹性初始刚度．缓冲由于连接而产生的　冲击作用　连接部分是由外部拉杆和内部摩擦拉　杆构成。ＦＤＣ一旦连接非人力作用连接不再断开　阻尼器的连接距离可人为设定　

罔４　ＦＤＣ构造图　Ｆｉｇ．４　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ＦＤＣ　

ＦＤＣ在整个工作过程中分为２个阶段　（１）连接前：ＦＤＣ变形小于设定连接距离厶，　ＦＤＣ不发挥作用．见图５ａ。　（２）连接后：当ＦＤＣ的变形超过设定连接距　离　时，见图５ｂ。外部拉杆和内部摩擦拉杆发生　连接，并传递内部摩擦拉杆上产生的摩擦力　当　内部摩擦拉杆上产生力的作用时．首先摩擦部分　的２根螺旋弹簧发生伸缩，发挥弹性恢复力的作　用　、当内部摩擦拉杆上产生的作用力大于摩擦部　分设定的摩擦力　时，摩擦套筒和内部摩擦拉杆　之间开始发生相对滑动，产生摩擦力。基于此＿丁　作原理．ＦＤＣ具有如图６所示的完全弹塑性的恢　复力特征．并能够缓解由于ＦＤＣ发生连接而产生　的冲击作用，抑制高频振动的响应。　