自适应结构减振隔振控制

1、被动自适应隔震体系被动自适应隔震体系王立强王立强 13121098一、简介一、简介 被动自适应隔震体系是在不增加任何外部能量的情况下，隔震结构的刚度和阻尼可以按照预先计算和控制的规则，根据隔震支座的位移幅值自适应地进行改变和调整，使隔震结构在不同设防水准的地震输入下表现出不同的结构性能特点，优化地满足多重结构抗震性能目标。 自 适 应 隔 震 结 构 的 定 义 是 近 两 年 由 M.C.Constantinou 和 Fens等提出，他们设计了三种多重球面滑移隔震结构支座，分别是三重摩擦摆隔震支座（T-FP）、改进的单摩擦摆隔震支座（M-FP）和凹面具有不同位移能力的双摩擦摆支座（D-FP）

2、。二、摩擦摆隔震系统的基本理论二、摩擦摆隔震系统的基本理论 摩擦摆隔震体系（FPS）是由 Zayas 提出的一种隔震体系，具有良好的自动复位机制和良好的振动稳定性，摩擦摆隔震体系（FPS）可以简化成一个沿着圆弧形滑道面滑动的滑块，滑道和滑块底面圆弧面的半径都为 R，滑块的质量为 m，滑块的相对转角用 表示，以逆时针方向为正方向，如图 2-1 所示，滑块中与滑道贴合的关节能够保持滑动时滑块顶面处于水平状态，滑块和滑动面之间一般涂有如聚四氟乙烯等摩擦材料，滑道和地面是固结在一起的。当遭遇地震作用时，地震能量的输入会导致滑块在滑动面内滑动，在滑动面和滑块接触摩擦滑动的过程中会耗散能量，减小传入上部结

3、构的能量。 由公式可知摩擦摆隔震支座的水平力 F 可以表示为“回复力”和“摩擦力”二者之和，如下式： 摩擦摆隔震支座需要依靠其上部的重量来到达自动回复的目的，恢复力必须大于摩擦力才能使其下滑，故有：由上节分析知值很小，上式可简化为： 通过分析可得：1.当 DR时，摩擦摆隔震支座可以依靠上部竖向荷载的作用而自动回复。2.当 D=R时，回复力和摩擦力达到平衡，此时摩擦摆不会向中心位置自动回复，即该支座的最大残余位移为 D余=R。3.摩擦摆隔震支座的复位情况由摩擦系数和摩擦摆滑动面的球面半径决定。4.可以通过采用添加润滑剂等措施，减小滑动面的摩擦系数，从而达到减小残余位移的目的。三、摩擦摆隔震结构的

4、地震响应分析三、摩擦摆隔震结构的地震响应分析 多层结构隔震体系的上部结构采用混凝土框架结构，在基础与上部结构之间设置了隔震层，当遭遇地震作用时，隔震层将隔离和耗散向上部结构传递的地震能量。 在本节分析中，采用的隔震层为摩擦摆隔震支座，摩擦摆隔震体系模型示意图如下图所示：摩擦摆隔震体系摩擦示意图 模型结构为某框架结构教学楼，共 6 层，底层高 3.9 m，其他各层为3.6 m 高，建筑总高度为 21.9 m，抗震设防烈度为 8 度，建筑场地为类，采用 C30混凝土，在每个 600600mm 的柱底设置摩擦摆隔震支座。 对摩擦摆隔震模型和未隔震模型分别输入三条地震波进行计算，两个模型的各层最大位移

5、和层间位移结果见表 3-2 和表 3-3。 由表中数据可知，摩擦摆隔震结构底层在地震作用下发生滑动而产生较大位移，但是结构在滑动个过程中摩擦耗散地震输入的能量，使得上部结构的层间位移减小，图 3-7 和图 3-8 分别为三种地震波作用下 X、Y 方向相对于底层的位移平均值。 通过以上两图可以看出，在隔震状态下两个方向的相对位移虽然都有减小，但是 Y 方向减小幅度明显大于 X 方向的减小幅度，加摩擦摆隔震支座之后，X 方向相对位移减小了近 27%，而 Y 方向相对位移减小了 70%，这是因为上部混凝土框架结构平面形状为矩形，结构在长边（X）方向刚度远大于短边（Y）方向的刚度，在地震作用下，长边方向的地震响应也小于短边方向。 震波作用下摩擦摆隔震结构和未隔震结构底层代表柱柱底剪力见表 3-4。 由表3-4易得摩擦摆隔震结构底层代表柱柱底剪力比未隔震结构明显减小，在 X 方向剪力减小了 30%，而 Y 方向更是减小了 70%。剪力的减小对结构抵抗地震作用具有重要的意义，可以避免结构在地震波作用下发生因剪力过大而产生的结构和构件破坏，提高结构的局部和整体安全性。 摩擦摆隔震支座具有良好的自回复能力，在常遇地震作用下具有良好的隔震效果，能有效地减小结构在地震作用下的最大层间位移和底层剪力，对上部结构起到很好的保护作用。 但是当结构遭遇罕遇