董永波 張志齊 王騰飛 張雨 祝賀言 邢恒 李文健 張珂珂 李萬(wàn)龍 李俊杰

　　中建五局第四建設(shè)有限公司，河南 鄭州，450000

　　摘要：在現(xiàn)代建筑抗震設(shè)計(jì)領(lǐng)域，隔震技術(shù)的發(fā)展日新月異。摩擦阻尼器組合支座作為一種有效的隔震裝置，正逐漸受到廣泛關(guān)注。隨著建筑結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜和對(duì)地震安全性要求的不斷提高，如何優(yōu)化摩擦阻尼器組合支座的隔震性能成為了研究的熱點(diǎn)。不同的設(shè)計(jì)參數(shù)、組合方式等因素都會(huì)對(duì)隔震效果產(chǎn)生顯著影響，因此對(duì)比不同方案下的隔震優(yōu)化成果，對(duì)于提高建筑抗震能力具有重要意義。

　　關(guān)鍵詞：摩擦阻尼器組合支座;隔震;優(yōu)化

　　引言

　　隔震結(jié)構(gòu)通過(guò)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期，降低結(jié)構(gòu)所受到的地震作用，在高烈度地區(qū)有較好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著隔震支座產(chǎn)品逐步成熟，性能趨于穩(wěn)定，隔震結(jié)構(gòu)在我國(guó)高烈度地區(qū)已有較多的工程實(shí)踐。但是在強(qiáng)震作用下，隔震建筑的隔震層位移超出設(shè)計(jì)范圍，結(jié)構(gòu)將有可能發(fā)生嚴(yán)重破壞。因此，采用消能減震技術(shù)協(xié)助隔震支座進(jìn)行隔震層位移控制有著重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。其中，關(guān)于摩擦阻尼器組合支座控制的隔震結(jié)構(gòu)試驗(yàn)相對(duì)較少。本文針對(duì)摩擦阻尼器組合支座進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了摩擦阻尼器組合支座控制的隔震結(jié)構(gòu)足尺振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。

　　1隔震優(yōu)化的目標(biāo)

　　隔震優(yōu)化的目標(biāo)主要圍繞提升結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性、適用性和經(jīng)濟(jì)性展開，在安全性方面，首要目標(biāo)是顯著降低結(jié)構(gòu)在地震中的響應(yīng)。通過(guò)優(yōu)化隔震系統(tǒng)，減小上部結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)，避免結(jié)構(gòu)構(gòu)件因地震慣性力過(guò)大而發(fā)生破壞，同時(shí)嚴(yán)格控制隔震層的位移，防止隔震裝置出現(xiàn)過(guò)度變形、失穩(wěn)等情況，確保結(jié)構(gòu)在地震中的整體穩(wěn)定性。適用性方面，旨在保障建筑物內(nèi)部設(shè)施和人員的正常使用和安全。優(yōu)化隔震措施以減少地震對(duì)建筑物內(nèi)部裝修、精密儀器設(shè)備等的影響，避免非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞，為人員提供相對(duì)安全、穩(wěn)定的室內(nèi)環(huán)境。經(jīng)濟(jì)性也是重要目標(biāo)，合理優(yōu)化隔震設(shè)計(jì)，在滿足抗震要求的前提下，降低隔震裝置的材料成本、制作安裝成本以及后期維護(hù)成本，提高隔震技術(shù)在工程中的性價(jià)比，使隔震結(jié)構(gòu)在經(jīng)濟(jì)上更具競(jìng)爭(zhēng)力，從而推動(dòng)隔震技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

　　2摩擦阻尼器組合支座的基本原理

　　摩擦阻尼器組合支座的基本原理涉及到多個(gè)方面的協(xié)同作用，摩擦阻尼器主要基于摩擦力原理工作，其內(nèi)部構(gòu)造使得在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接觸面間產(chǎn)生摩擦力。當(dāng)受到地震水平力作用時(shí)，摩擦阻尼器的可滑動(dòng)部件之間發(fā)生相對(duì)位移，由于摩擦力的存在，這種相對(duì)滑動(dòng)將地震輸入的能量轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行耗散，從而減小傳遞到上部結(jié)構(gòu)的地震能量。組合支座則是將摩擦阻尼器與其他支座(如橡膠支座等)相結(jié)合，橡膠支座具有良好的豎向承載能力和一定的水平柔性變形能力，能在豎向穩(wěn)定地支撐上部結(jié)構(gòu)重量。而摩擦阻尼器與橡膠支座組合后，在水平方向上，摩擦阻尼器發(fā)揮耗能作用的同時(shí)，橡膠支座提供水平變形適應(yīng)性，二者共同作用有效降低上部結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。這種組合支座利用了摩擦阻尼器的耗能特性和其他支座的承載與變形特性，實(shí)現(xiàn)了在地震作用下對(duì)結(jié)構(gòu)的隔震保護(hù)。

　　3隔震優(yōu)化及對(duì)比

　　3.1參數(shù)選擇方面

　　在隔震系統(tǒng)中，參數(shù)選擇是隔震優(yōu)化對(duì)比的首要任務(wù)。以摩擦阻尼器組合支座為例，摩擦系數(shù)是關(guān)鍵參數(shù)之一。較大的摩擦系數(shù)雖能增強(qiáng)阻尼器耗能能力，但可能影響結(jié)構(gòu)正常使用。比如，過(guò)高的摩擦系數(shù)可能使結(jié)構(gòu)在微小振動(dòng)時(shí)就產(chǎn)生較大阻力。隔震支座的豎向剛度與水平剛度同樣重要，豎向剛度要足以支撐上部結(jié)構(gòu)重量，水平剛度影響結(jié)構(gòu)水平地震力下的變形。不同隔震方案對(duì)這些參數(shù)取值各異。在高地震烈度區(qū)，傾向選高摩擦系數(shù)阻尼器，可增強(qiáng)耗能，但需兼顧結(jié)構(gòu)整體性能。分析參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)影響程度時(shí)，改變參數(shù)值，觀察位移、加速度等指標(biāo)變化，能篩選出適合工程需求的參數(shù)組合。

　　3.2結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)方面

　　結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)是衡量隔震優(yōu)化效果的重中之重，地震時(shí)，位移、加速度和內(nèi)力是結(jié)構(gòu)主要?jiǎng)恿�響�?yīng)指標(biāo)。隔震優(yōu)化旨在大幅降低上部結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)，減少地震慣性力，防止結(jié)構(gòu)破壞，隔震層位移也不容忽視，過(guò)大則可能使隔震裝置失效或碰撞周邊結(jié)構(gòu)。對(duì)比不同隔震優(yōu)化方案時(shí)，數(shù)值模擬或試驗(yàn)研究是獲取結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的有效手段。例如用有限元分析多層建筑結(jié)構(gòu)，對(duì)比傳統(tǒng)橡膠隔震支座和摩擦阻尼器組合支座方案。結(jié)果顯示，摩擦阻尼器組合支座在降低上部結(jié)構(gòu)加速度方面可能更出色，橡膠隔震支座在控制隔震層位移上或許有優(yōu)勢(shì)。這種對(duì)比有助于深入理解不同方案對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響機(jī)制，為優(yōu)化隔震設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

　　3.3能量耗散機(jī)制方面

　　隔震系統(tǒng)的能量耗散機(jī)制在隔震優(yōu)化對(duì)比中意義重大，摩擦阻尼器組合支座主要依靠摩擦阻尼器的摩擦耗能。地震中，摩擦阻尼器接觸面相對(duì)滑動(dòng)，將地震輸入能量轉(zhuǎn)化為熱能耗散。不同隔震方案的能量耗散能力和效率有別。對(duì)比時(shí)，計(jì)算能量耗散總量和過(guò)程很關(guān)鍵。例如，優(yōu)化的隔震方案可能在地震初期快速高效耗散能量，減少傳遞到上部結(jié)構(gòu)的能量;而另一種方案可能耗能緩慢，使上部結(jié)構(gòu)受較大能量沖擊。繪制能量隨時(shí)間變化曲線等能量耗散曲線分析，能直觀比較不同隔震方案的能量耗散性能。借此可明確哪種方案在能量耗散上更具優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)隔震系統(tǒng)的優(yōu)化，提升隔震效果。

　　3.4經(jīng)濟(jì)性方面

　　經(jīng)濟(jì)性是隔震優(yōu)化與對(duì)比中必須考量的要素，隔震方案成本涵蓋材料、制作安裝和后期維護(hù)成本等。摩擦阻尼器組合支座的材料成本受阻尼器與支座選材影響，像高性能摩擦材料和優(yōu)質(zhì)橡膠材料會(huì)抬高成本。制作安裝成本與裝置復(fù)雜程度、安裝精度要求相關(guān)，復(fù)雜結(jié)構(gòu)和高精度安裝必然增加成本。在對(duì)比隔震方案時(shí)，需綜合初始投資和長(zhǎng)期效益。例如，高端隔震方案初始投資大，但隔震性能佳，地震時(shí)能大幅削減結(jié)構(gòu)破壞與修復(fù)成本，長(zhǎng)遠(yuǎn)看是劃算的。而簡(jiǎn)易便宜的方案初始成本雖低，卻可能在地震中保護(hù)不足，致使后期修復(fù)成本攀升。對(duì)不同方案進(jìn)行全生命周期成本分析，可在滿足隔震需求下選出最經(jīng)濟(jì)方案，達(dá)成經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)。

　　3.5適用范圍方面

　　不同的隔震優(yōu)化方案具有不同的適用范圍，這也是對(duì)比的一個(gè)重要方面�？紤]到建筑結(jié)構(gòu)的類型(如住宅、商業(yè)建筑、工業(yè)建筑等)、高度、使用功能以及所處的地震環(huán)境等因素。例如，對(duì)于高層住宅建筑，由于其居住功能和人員密集的特點(diǎn)，可能需要采用隔震效果好且對(duì)室內(nèi)空間影響小的隔震方案。而對(duì)于工業(yè)建筑，可能需要考慮大型設(shè)備的振動(dòng)對(duì)隔震系統(tǒng)的影響。從地震環(huán)境來(lái)看，在高地震烈度區(qū)，需要采用隔震性能更強(qiáng)、可靠性更高的方案，如具有高耗能能力的摩擦阻尼器組合支座。而在低地震烈度區(qū)，一些相對(duì)簡(jiǎn)單的隔震方案可能就足以滿足要求。通過(guò)對(duì)不同隔震方案適用范圍的分析和對(duì)比，可以針對(duì)具體的工程情況選擇最合適的隔震優(yōu)化方案，確保隔震系統(tǒng)在不同的工程條件下都能發(fā)揮最佳的隔震效果。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　綜上所述，摩擦阻尼器組合支座的隔震優(yōu)化對(duì)比研究是提升建筑抗震性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)深入的對(duì)比分析，能明確不同優(yōu)化方案在結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)、能量耗散、經(jīng)濟(jì)性等多方面的優(yōu)劣。這不僅有助于在實(shí)際工程中選擇最適宜的隔震設(shè)計(jì)，還為未來(lái)摩擦阻尼器組合支座的改進(jìn)和創(chuàng)新提供了方向，從而推動(dòng)建筑隔震技術(shù)不斷發(fā)展，更好地保障建筑物在地震中的安全性。

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