張 超,張 慧

(陜西工業(yè)職業(yè)技術學院 土木工程學院,陜西 咸陽 712000)

關于基礎隔震結構的限位問題,國內、外已有一定的理論研究,總體上分為限位器自身的理論研究和帶有限位器的基礎隔震結構的理論研究。

1 限位器自身的理論研究

限位器在本質上是耗能減震器或者阻尼器。耗能減震器按照耗能材料分類,分為金屬耗能器(如軟鋼耗能器、低屈服點鋼耗能器、鉛阻尼器)、粘彈性耗能器(如粘彈性橡膠剪切阻尼器)、粘滯阻尼器(如油阻尼器)、智能材料阻尼器(如電流變阻尼器、磁流變阻尼器、記憶合金阻尼器)。當然國內外學者還對其他限位器也做了深入的研究,比如粘滯阻尼器、形狀記憶合金(SMA)等。限位器自身的理論研究主要是限位器的力學性能的研究。姚謙峰等指出軟鋼U型帶片作為基礎隔震體系的一種限位、消能裝置,具有取材容易、結構簡單、造價便宜等優(yōu)點。對66個不同參數(shù)軟鋼U型帶片試件在低周反復荷載作用下的強度、剛度及耗能性能進行了分析[1]。李樹信、姚謙峰等通過對六組不同參數(shù)實體圓錐棒的試驗研究,對其破壞特點、強度、剛度、變形以及耗能性能進行了對比分析；提出了強度、剛度的實用計算方法以及圓錐棒的合理斜錐度[2]。Aguirre等對U型單元阻尼器進行了實驗,包括力-位移響應、疲勞壽命以及循環(huán)加載中試件溫度的升高等內容[3]。

2 帶有限位器的基礎隔震結構的理論研究

2.1 國內研究現(xiàn)狀

冶金部建筑研究總院和西安建筑科技大學等單位近年來對基礎滑移隔震結構體系進行了較系統(tǒng)和全面的研究,其中包括對限位裝置方面的研究,先后在蘭州、銀川、太原、唐山、西安等八大城市建造了滑移隔震結構試點工程。熊仲明,俞茂宏等通過對隔震房屋有限位裝置的恢復力特性的研究,提出了多層磚房隔震結構的恢復力計算模型,編制了隔震結構的分析程序,提出了基礎滑移隔震房屋結構設計的構造措施和減震效果試推檢驗方法[4]。熊仲明,霍曉鵬等對基礎滑移隔震結構做了較為深入的研究,提出了用軟鋼U型帶片作為限位消能元件,并在基礎與限位消能裝置之間預留一定的自滑區(qū)長度,組合成為一種新型的滑移隔震系統(tǒng),對其隔震性能進行了分析研究[5]；熊仲明,王清敏等以多層磚混隔震結構足尺試驗為依據(jù),通過隔震房屋對有彈性限位裝置的恢復力特性的研究,找出了限位消能元件U型環(huán)個數(shù)與其剛度關系,提出了多層磚房隔震結構恢復力計算模型,為隔震房屋的設計計算提供了依據(jù)[6]。韓淼,周錫元指出疊層鋼板橡膠支座基礎隔震結構的隔震層位移過大時會導致橡膠支座失穩(wěn),提出了在隔震層增設緩沖限位保護裝置作為第二道防線的設計方案[7]。樊劍等提出了一種新型基礎隔震模型,即帶限位裝置的摩擦隔震系統(tǒng),限位裝置包括由彈簧和阻尼組成的限位器和剛性限位壁[8]。韓淼等對基礎隔震模型進行了軟碰撞限位振動臺模擬地震動試驗,分析實驗數(shù)據(jù)得出了預留距離與軟碰撞限位器剛度對結構層與隔震層位移反應的影響規(guī)律,根據(jù)結構層與隔震層位移反應均控制在允許范圍內的條件,優(yōu)選出適用于本隔震試驗模型的軟碰撞限位器試驗工況[9-10]。趙歆冬等利用形狀記憶合金(SMA)材料的相變偽彈性性能,研制了一種SMA自復位隔震阻尼器,并將其與疊層橡膠墊聯(lián)合應用,提出了一種新的自復位隔震裝置[11]。

2.2 國外研究現(xiàn)狀

R.I.Skinner等指出凡在經(jīng)濟上可行的場合,都應該使用彈性緩沖器。新西蘭的部分隔震建筑中已經(jīng)使用了限位器和彈性緩沖器?；蒽`頓的威廉克雷頓大樓安裝了行程為±0.15m的限位器,該地的警察局大樓安裝了行程為0.35m的彈性緩沖器[12]。Kelly將聚四氟乙烯摩擦滑移隔震支座與限位復位裝置結合使用,取得了良好的效果。此外Kelly還提出把橡膠隔震支座和摩擦滑移支座結合使用,因為橡膠支座具有很好的震后恢復能力,摩擦滑移支座具有很好的耗能能力[13]。L.Guerreiro等指出基礎隔震結構在基礎與附屬物之間要有一定的間距,以便允許結構的大變形。并對在發(fā)生碰撞時擋塊限制基礎大位移的作用,以及減小結構地震反應的作用進行了分析。分析的擋塊包括純彈性擋塊、粘性擋塊、粘彈性擋塊[14]。美國加州大學地震工程研究中心的W.C.Peter等人研制出一種用于土木結構地震反應的SMA被動阻尼裝置,主要安裝于結構與基礎之間,耗散和隔離橫向的地震響應。計算結果表明,結構地震位移、加速度反應比原結構分別減少l/3和l/2,阻尼減震的效果是非常顯著的[15,16]。

3 結語

基礎隔震體系徹底改變了傳統(tǒng)結構抗震設計方法的不足,采用“以柔克剛”的設計理念,通過設置滑移隔震層來隔離和減少地震能量的輸入,使得上部結構的地震反應明顯減少。其中限位裝置(耗能減震器或者阻尼器)是隔震層重要的組成部分,那么對于限位裝置的限位機理研究顯得尤為重要。

[1]姚謙峰.軟鋼U型帶片的限位、消能性能分析[J].西安建筑科技大學學報,1997,29(1):22-26.

[2]李樹信,姚謙峰,等.軟鋼實體圓錐棒的限位、消能性能研究[J].西安冶金建筑學院學報,1992,24(3):243-248．

[3]Aguirre,M.and snchez,A.R,Structural Seismic Damper[J].J.of Structural Engineering,ASCE,1992,118(5):1158-1171．

[4]熊仲明,俞茂宏,王清敏,等.基礎滑移隔震房屋結構設計與工程應用的理論研究[J].振動與沖擊,2000,22(3):50-54．

[5]熊仲明,霍曉鵬,等.一種新型基礎滑移隔震框架結構體系的理論分析與研究[J].振動與沖擊,2008,27(10):124-129．

[6]熊仲明,王清敏,豐定國,等.基礎滑移隔震房屋計算恢復力曲線的確定[J].西安建筑科技大學學報,1999,31(2):145-148．

[7]韓淼,周錫元.基礎隔震建筑軟碰撞保護分析[J].建筑科學,1999,15(1):14-20．

[8]樊劍,唐家祥.帶限位裝置的摩擦隔震結構動力特性分析[J].噪聲與振動控制,2000(3):24-27．

[9]韓淼,杜紅凱,等.基礎隔震層軟碰撞限位試驗研究[J].工程力學,2008(27):124-128．

[10]李仙華.隔震建筑隔震層大變形軟碰撞限位試驗研究[D].北京:北京建筑工程學院,2006．

[11]趙歆冬,王社良,等.設有形狀記憶合金自復位阻尼器隔震結構的地震反應分析[J].西安建筑科技大學學報,2004,36(4):388-390．

[12]R.I.Skinner,W.H.Robinson著,謝禮立,周雍年,趙興權譯.工程隔震概論[M].北京:地震出版社,1996．

[13]J,M.Kelly,Aseismic Base Isolation∶Review and Bibliography[J]. Soil Dynamic and Earthquake Enginerring, 1986, 5(4):202-216．

[14]L.Guerrein and J.Azcvedo. Impact Problems on Base-isolated Structures[C]. Mexico∶Proceeding of the World Conference on Earthquake Engineering, 1996．

[15]Peter WCetal. Experimental and Analytical Studies Shape Memory Alloy Damper for Structural Control[C]. Proc. of SPIE, SmartStruct. Mater, 1995, 2445∶241-251．

[16]王麗.建筑結構隔震減震措施分析[J].江西建材,2014(4):44-47．