(青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院 山東 青島 266033)

一、引言

滾球隔震是基礎(chǔ)隔震的一種重要形式，是防止結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震中遭受破壞的有效方法，可以保證人身、財(cái)產(chǎn)安全。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)滾球隔震支座進(jìn)行了研究[1～5]。由于其復(fù)雜性，仍有許多技術(shù)問題需要解決。

在現(xiàn)有滾球基礎(chǔ)隔震支座的基礎(chǔ)上，利用形狀記憶合金，設(shè)計(jì)了一種新型滾球隔震支座，并通過(guò)理論和仿真分析，論證了該裝置的可行性。

二、SMA滾球隔震支座的構(gòu)成

SMA滾球隔震支座是一種組合式隔震裝置。它由兩部分組成，一部分是帶有凹板的滾球，另一部分是連接上下鋼板的SMA絲。SMA絲設(shè)置位置可與滾球位置相對(duì)應(yīng)。如圖1 所示。

圖1 SMA滾球隔震支座

采用SMA絲幫助隔震裝置在地震后恢復(fù)到正常位置，防止?jié)L球脫出，同時(shí)具有超彈性和高阻尼特性的SMA絲可提供附加阻尼力來(lái)耗散大量的地震能量，起到了較好的隔震效果。滾球與凹板之間可涂上摩擦材料(如二硫化鉬涂層、聚四氟乙烯(PTFE)涂層等)，可增加阻尼的同時(shí)有效抑制上部結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)作用。為了保證SMA絲始終處于受拉狀態(tài)，在設(shè)計(jì)中，SMA絲需要預(yù)拉2-3%。

三、數(shù)值算例

通過(guò)實(shí)例分析了SMA滾球隔震支座的隔震效果。輸入地震波，利用Matlab編程對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)程分析。

結(jié)構(gòu)為4層現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)52.4米，寬21.0米，高19.2米。其基本性能見表1。柱截面尺寸為400×400?？蚣芸拐鸬燃?jí)為2級(jí)，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震加速度為0.20g，地震分組為第一組，場(chǎng)地土類別為Ⅱ類。

表1 結(jié)構(gòu)參數(shù)表

隔震層采用SMA滾球隔震支座，SMA采用Niti合金絲，凹形板的半徑R=3.0m，摩擦系數(shù)μ0=0.05，以El Centro波為例，給出了在罕遇地震作用下，有、無(wú)隔震的頂層加速度時(shí)程曲線和頂層位移時(shí)程曲線。地震加速度峰值為0.40g。

隔震和非隔震結(jié)構(gòu)的頂層位移和加速度對(duì)比如圖2和圖3所示。

圖2 隔震與未隔震結(jié)構(gòu)頂層位移比較

圖3 隔震與未隔震結(jié)構(gòu)頂層加速度比較

結(jié)果表明，安裝隔震裝置的結(jié)構(gòu)比不安裝隔震裝置的結(jié)構(gòu)抗震效果明顯。

四、結(jié)論

1.SMA滾球隔震支座是一種性能較好的隔震裝置，通過(guò)仿真分析驗(yàn)證了其可行性。

2.在罕遇地震作用下，隔震結(jié)構(gòu)的頂層加速度和層間位移都顯著減小，降低可達(dá)50%以上。