自適應(yīng)結(jié)構(gòu)減振隔振控制

被動(dòng)自適應(yīng)隔震體系王立強(qiáng)13121098一、簡(jiǎn)介

被動(dòng)自適應(yīng)隔震體系是在不增加任何外部能量的情況下，隔震結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼可以按照預(yù)先計(jì)算和控制的規(guī)則，根據(jù)隔震支座的位移幅值自適應(yīng)地進(jìn)行改變和調(diào)整，使隔震結(jié)構(gòu)在不同設(shè)防水準(zhǔn)的地震輸入下表現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)，優(yōu)化地滿足多重結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)。自適應(yīng)隔震結(jié)構(gòu)的定義是近兩年由M.C.Constantinou和Fens等提出，他們?cè)O(shè)計(jì)了三種多重球面滑移隔震結(jié)構(gòu)支座，分別是三重摩擦擺隔震支座（T-FP）、改進(jìn)的單摩擦擺隔震支座（M-FP）和凹面具有不同位移能力的雙摩擦擺支座（D-FP）。二、摩擦擺隔震系統(tǒng)的基本理論

摩擦擺隔震體系（FPS）是由Zayas提出的一種隔震體系，具有良好的自動(dòng)復(fù)位機(jī)制和良好的振動(dòng)穩(wěn)定性，摩擦擺隔震體系（FPS）可以簡(jiǎn)化成一個(gè)沿著圓弧形滑道面滑動(dòng)的滑塊，滑道和滑塊底面圓弧面的半徑都為R，滑塊的質(zhì)量為m，滑塊的相對(duì)轉(zhuǎn)角用θ表示，以逆時(shí)針方向?yàn)檎较颍鐖D2-1所示，滑塊中與滑道貼合的關(guān)節(jié)能夠保持滑動(dòng)時(shí)滑塊頂面處于水平狀態(tài)，滑塊和滑動(dòng)面之間一般涂有如聚四氟乙烯等摩擦材料，滑道和地面是固結(jié)在一起的。當(dāng)遭遇地震作用時(shí)，地震能量的輸入會(huì)導(dǎo)致滑塊在滑動(dòng)面內(nèi)滑動(dòng)，在滑動(dòng)面和滑塊接觸摩擦滑動(dòng)的過程中會(huì)耗散能量，減小傳入上部結(jié)構(gòu)的能量。由公式可知摩擦擺隔震支座的水平力F可以表示為“回復(fù)力”和“摩擦力”二者之和，如下式：摩擦擺隔震支座需要依靠其上部的重量來到達(dá)自動(dòng)回復(fù)的目的，恢復(fù)力必須大于摩擦力才能使其下滑，故有：由上節(jié)分析知θ值很小，上式可簡(jiǎn)化為：通過分析可得：1.當(dāng)D>μR時(shí)，摩擦擺隔震支座可以依靠上部豎向荷載的作用而自動(dòng)回復(fù)。2.當(dāng)D=μR時(shí)，回復(fù)力和摩擦力達(dá)到平衡，此時(shí)摩擦擺不會(huì)向中心位置自動(dòng)回復(fù)，即該支座的最大殘余位移為D余=μR。3.摩擦擺隔震支座的復(fù)位情況由摩擦系數(shù)和摩擦擺滑動(dòng)面的球面半徑?jīng)Q定。4.可以通過采用添加潤(rùn)滑劑等措施，減小滑動(dòng)面的摩擦系數(shù)，從而達(dá)到減小殘余位移的目的。三、摩擦擺隔震結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析

多層結(jié)構(gòu)隔震體系的上部結(jié)構(gòu)采用混凝土框架結(jié)構(gòu)，在基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置了隔震層，當(dāng)遭遇地震作用時(shí)，隔震層將隔離和耗散向上部結(jié)構(gòu)傳遞的地震能量。在本節(jié)分析中，采用的隔震層為摩擦擺隔震支座，摩擦擺隔震體系模型示意圖如下圖所示：摩擦擺隔震體系摩擦示意圖

模型結(jié)構(gòu)為某框架結(jié)構(gòu)教學(xué)樓，共6層，底層高3.9m，其他各層為3.6m高，建筑總高度為21.9m，抗震設(shè)防烈度為8度，建筑場(chǎng)地為Ⅱ類，采用C30混凝土，在每個(gè)600×600mm的柱底設(shè)置摩擦擺隔震支座。