摩擦摆支座的滑道半径对结构隔震性能影响分析

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会摩擦摆支座的滑道半径对结构隔震性能影响分析书赵伟薛素铎李雄彦祝天瑞(北京工业大学建工学院，北京100022)摘要，将摩擦摆支座(FPs)应用于单层球面网壳结构的隔震，给出了隔震网亮结构的运动方程。对工程中常用的单层球面网壳的地震响应进行了时程分析，通过改变摩擦摆支庠的滑道半径，讨论了地震波强度、地震波类型对结构隔震层的位移、节点加速度的影响，分析了隔震结构地震响应随摩擦摆支座的滑道半径变化的规律，为摩擦摆支座在网壳结构中的应用提供了参考依据。关键词：摩擦摆支座(FPS)

2、，滑道半径，隔震，网壳一、弓}言摩擦摆系统(FictionPendulumsvstem，简称FPs)是一种有效的干摩擦滑移隔震体系，该装置于1985年由美国的Ⅵctorzayas⋯提出。FPs隔震消能的主要原理是利用滑动面的设计来延长结构的振动周期，以大幅度减少结构因受地震作用而引起的放大效应。此外，还可利用FPs滑动面与滑块之间的摩擦来达到消耗地震能量、减少地震输入的目的。FPs摩擦摆装置造价低、施工简单、承载能力高，除有一般平面滑动隔震系统的特点外，还具有良好的稳定性、复位功能和抗平扭能力，隔震效

3、果好。FPs可作为桥梁的支座隔震和建筑结构的底部隔震。目前，FPs摩擦摆已在建筑加固及桥梁隔震方面得到了广泛的应用o】，尤其在美国和日本，采用FPS摩擦摆隔震系统的建筑物已达数百座。美国西雅图seallawksF00Iballstadium的大跨桁架屋盖结构”’和土耳其伊斯坦布尔机场金字塔形屋盖结构的隔震装置均采用了摩擦摆隔震支座，起到了良好的隔震效果。本文将摩擦摆支座应用于单层球面网壳结构中，通过改变摩擦摆支座的滑道半径，考察了摩擦摆支座的滑道半径对结构隔震性能的影响，为摩擦摆支座在网壳结构中的应用

4、提供了参考依据。二、摩擦摆支座隔震网壳结构的动力方程当地震动激励较小时，摩擦摆支座处于粘结状态，此时整个摩擦摆隔震结构体系的运动方程为“1：M∞s+c∞s+K5Us+K。f研-_一胍以(1)式中：M，和C。分别为网壳的质量矩阵和阻尼矩阵，置。为网壳结构的刚度矩阵，胃，为整体刚度矩阵中非对角线元素(即耦合上部节点自由度和摩擦摆支座自由度的刚度系数)组成的子矩阵，U。为网壳结构节点的自由度向量，U，为摩擦摆支座的自由度向量，￡，。为地震激励向量。当地震激励较大，超过摩擦摆支座的初始摩擦力时．摩擦摆支座开始

5、滑动耗能，处于滑动状态的摩擦摆隔震结构的振动方程为：瞄：]擞卜[芝器]{芝}+[连竺]供)+[警告]髅)+伫}=瞄捌L职基盒项目：北京市属市管高等学校人才强救计划资助项目工业建筑2007增刊(2)第七届全国现代结构T程学术研讨会其中置班和(k分别表示总刚度矩阵和阻尼系数矩阵中耦合上部网壳结构节点和摩擦摆支座竖向自由分量的刚度系数和阻尼系数组成的子矩阵：L表示地震动输入影响矩阵。三、网壳结构的计算模型及分析工况某K6型单层球面网壳，．跨度为50吼矢跨比为O。3，计算网壳为6环。屋砸荷载为il(14／m。

6、，集中作用于节点。网壳环向杆件采用中159×6，径向杆与斜杆采用中180×8。杆件材料为Q235钢材。为加强结构的整体刚度，用250×200×10箱型环粱代替最外层环杆。对该球面网壳结构分析时采用弹性假定，杆件采用空间粱单元模型，节点为刚接，支座采用摩擦摆水平隔震支座，支座布置在结构箱型环粱底部。网壳平面图及支座布置如图1所示，支座在落地处设置，如图1中。所示。动力时程分析时，在水平x向输入地震波。图1单层球面网壳摩擦摆支座布置示意图及所选分析节点四、摩擦摆滑道半径对结构隔震性能的影响摩擦摆隔震结构是

7、以摩擦摆支座的摩擦力做功来消耗地震能量的，而摩擦摆隔震结构的滑道半径R不仅影响隔震层的刚度，还和摩擦摆结构的恢复力相关，并对结构隔震性能有重要影响。为考察滑道半径对隔震性能的影响，图l中支座模型稳定摩擦系数取值为0．055，滑道半径R分别采用0．6皿、1．0m、1．6m、2．2皿、2．8m等几种情况，采用的三种强度的地震输入即：8度多遇地震(0．079)、7度罕逼地震(0．229)和8度罕遇地震(O．409)，地震动加速度输入时程采用EL—centro波和天津(Ns)波进行时程分析。通过模拟分析，可以

8、得到摩擦摆支座的周期T与滑道摩擦系数及滑道半径的关系．如图2所示：嗍谴÷枉●日图2FPS的周期工业建筑2007增刊篁生星全里翌垡箜塑三堡兰查翌!辇由图2可以看出，FPs的周期随着滑道半径的增大而呈曲线增大，但当滑道半径R大于1．6m时，FPS的周期增幅随着滑道半径的增大而减小。(一)擦摆支座滑道半径R对基底位移的影响当滑道摩擦系数为0．055时，滑道半径的变化对结构隔震层位移的影响如表1所示表1El-cennD波作用不同滑道半径下隔震层位移(m)地震波(