工程結(jié)構(gòu)抗震課件：第12章 減隔震設(shè)計(jì)基本原理

1、第12章 減隔震設(shè)計(jì)基本原理12.1 概要 為了提高抗震性能，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法從傳統(tǒng)的抗震向減輕地震荷載、改善結(jié)構(gòu)延性方向轉(zhuǎn)變。 減隔震設(shè)計(jì)已經(jīng)在建筑物、橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用，其有效性已經(jīng)得到了證實(shí)。比如，美國(guó)Northridge地震中按減隔震設(shè)計(jì)的南加利福尼亞大學(xué)醫(yī)院完好無(wú)損，地震后醫(yī)院的功能完全正常；日本兵庫(kù)縣南部地震中，從兩棟結(jié)構(gòu)形式相同的并列建筑物，一棟采用高阻尼疊層橡膠支座的3層鋼筋混凝土建筑物，另一棟與之鄰近且并列的3層非減隔震鋼筋混凝土建筑物，非減隔震結(jié)構(gòu)的屋頂最大加速度為基礎(chǔ)位置最大紀(jì)錄的35倍，而減隔震結(jié)構(gòu)僅為0.73倍，等等。12.2 減隔震設(shè)計(jì)的基本原理 減震和隔震：長(zhǎng)周期、高

2、阻尼橋梁支座,房屋基礎(chǔ)設(shè)置裝置疊層橡膠支座的變形特性基礎(chǔ)位置減隔震裝置能夠變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)要?dú)w功于疊層橡膠支座開(kāi)發(fā)應(yīng)用。12.3 減隔震支座的基本力學(xué)特性 減隔震結(jié)構(gòu)的基本形式：整體式和分離式減隔震支座。（根據(jù)減、隔是否分離）減隔震支座的基本要求：剛度、阻尼、傳力功能、力學(xué)性能的穩(wěn)定性、耐久性、施工安裝和交換容易。疊層橡膠支座的力學(xué)特性：軸壓力和水平剪切作用時(shí) 壓力軸壓力作用時(shí) 疊層橡膠支座的壓縮和拉伸變形特性：不能受拉。天然橡膠支座的剪切變形特性：阻尼小天然橡膠支座與高阻尼橡膠支座的剪切變形特性比較：阻尼大小鉛芯橡膠支座：利用鉛芯的塑性變形吸收能量。鉛芯疊層橡膠支座的履歷變形特性 疊層橡膠支座的力學(xué)

3、計(jì)算模型：豎向變形剛度：比較高，在抗震設(shè)計(jì)中沒(méi)有實(shí)質(zhì)的意義天然橡膠支座的剪切剛度：根據(jù)橡膠材料 以及截面積等計(jì)算得到高阻尼、鉛芯橡膠支座需要考慮非線(xiàn)性履歷特性荷載-位移曲線(xiàn) 雙直線(xiàn)計(jì)算模型 根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料確定相關(guān)的參數(shù)計(jì)算方法和安全驗(yàn)算省略12.4 其他形式的減隔震支座 （1）摩擦滑動(dòng)支座用PTFE板與不銹鋼板之間的摩擦滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)減隔震支座的阻尼效果，通過(guò)摩擦滑動(dòng)與疊層橡膠支座的配合使用組合成減隔震裝置，其中，摩擦滑動(dòng)提供阻尼效果、橡膠支座提供水平恢復(fù)力作用。摩擦滑動(dòng)支座的阻尼效果是通過(guò)摩擦面的摩擦變形實(shí)現(xiàn)的，PTFE板具有摩擦系數(shù)小、耐磨的優(yōu)點(diǎn)，而且摩擦履歷曲線(xiàn)近似矩形形狀，有良好的能量吸收能力

4、，因此可以獲得比較高的阻尼效果。PTFE板摩擦面上的摩擦系數(shù)與接觸面的壓力大小有關(guān)，當(dāng)壓力較大時(shí)摩擦系數(shù)小，反之則大。此外，摩擦系數(shù)大小還與動(dòng)荷載的加載速度有關(guān)，載荷速度比較緩慢時(shí)摩擦系數(shù)小，載荷速度快時(shí)摩擦系數(shù)大。在溫度荷載作用下，PTFE板的摩擦系數(shù)只有0.03左右，摩擦力十分小，這有利于減輕溫度變化、蠕變等產(chǎn)生的超靜定內(nèi)力。在地震作用下，荷載速度快，摩擦系數(shù)也相對(duì)比較大，一般可以達(dá)到0.10.15，提高支座的阻尼效果。摩擦面長(zhǎng)期工作會(huì)因磨損引起摩擦力下降，在設(shè)計(jì)階段需要充分考慮這種因素的影響。摩擦裝置本身不具備變形恢復(fù)能力，因此，地震后會(huì)產(chǎn)生殘余變形。為了避免出現(xiàn)支座錯(cuò)位等問(wèn)題，摩擦支座

5、必須配置疊層橡膠支座等具有彈性恢復(fù)能力的裝置，彈性恢復(fù)裝置的剛度根據(jù)計(jì)算確定，過(guò)大的恢復(fù)剛度影響減隔震效果，過(guò)小的恢復(fù)剛度起不到減小殘余變形的能力。 另一種形式的分離式摩擦減隔震裝置，功能分離式的減隔震裝置具有支座平面尺寸小的優(yōu)點(diǎn)，在大跨度橋梁結(jié)構(gòu)中可以減小橡膠支座的體積。 （2）阻尼器彈塑性阻尼器鉛制阻尼器鉛制阻尼器工作原理 建筑物中應(yīng)用的減隔震支座E型鋼支座利用金屬材料的彈塑性變形吸收能量摩擦擺式支座遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)時(shí)受到的水平分力F簡(jiǎn)化公式：W上部結(jié)構(gòu)支座豎向反力；D水平擺動(dòng)距離；R滑動(dòng)面曲率半徑；滑動(dòng)面摩擦系數(shù)。由于較小，經(jīng)簡(jiǎn)化后最大水平力FPB等效最大剛度為粘性阻尼器：履歷曲線(xiàn)近似于橢圓形狀，位移最大時(shí)速度為零，抵抗力也下降為零，相反，速度最大時(shí)抵抗力為最大，因此對(duì)于溫度變化等當(dāng)荷載作用比較緩慢時(shí)，阻尼器產(chǎn)生的抵抗力十分小，可以