摩擦阻尼器组合支座的隔震优化对比

　　董永波 张志齐 王腾飞 张雨 祝贺言 邢恒 李文健 张珂珂 李万龙 李俊杰

　　中建五局第四建设有限公司，河南 郑州，450000

　　摘要：在现代建筑抗震设计领域，隔震技术的发展日新月异。摩擦阻尼器组合支座作为一种有效的隔震装置，正逐渐受到广泛关注。随着建筑结构的日益复杂和对地震安全性要求的不断提高，如何优化摩擦阻尼器组合支座的隔震性能成为了研究的热点。不同的设计参数、组合方式等因素都会对隔震效果产生显著影响，因此对比不同方案下的隔震优化成果，对于提高建筑抗震能力具有重要意义。

　　关键词：摩擦阻尼器组合支座;隔震;优化

　　引言

　　隔震结构通过延长结构周期，降低结构所受到的地震作用，在高烈度地区有较好的经济效益。随着隔震支座产品逐步成熟，性能趋于稳定，隔震结构在我国高烈度地区已有较多的工程实践。但是在强震作用下，隔震建筑的隔震层位移超出设计范围，结构将有可能发生严重破坏。因此，采用消能减震技术协助隔震支座进行隔震层位移控制有着重要的研究价值和应用前景。其中，关于摩擦阻尼器组合支座控制的隔震结构试验相对较少。本文针对摩擦阻尼器组合支座进行分析，在此基础上进行了摩擦阻尼器组合支座控制的隔震结构足尺振动台试验。

　　1隔震优化的目标

　　隔震优化的目标主要围绕提升结构在地震作用下的安全性、适用性和经济性展开，在安全性方面，首要目标是显著降低结构在地震中的响应。通过优化隔震系统，减小上部结构的加速度反应，避免结构构件因地震惯性力过大而发生破坏，同时严格控制隔震层的位移，防止隔震装置出现过度变形、失稳等情况，确保结构在地震中的整体稳定性。适用性方面，旨在保障建筑物内部设施和人员的正常使用和安全。优化隔震措施以减少地震对建筑物内部装修、精密仪器设备等的影响，避免非结构构件的损坏，为人员提供相对安全、稳定的室内环境。经济性也是重要目标，合理优化隔震设计，在满足抗震要求的前提下，降低隔震装置的材料成本、制作安装成本以及后期维护成本，提高隔震技术在工程中的性价比，使隔震结构在经济上更具竞争力，从而推动隔震技术的广泛应用。

　　2摩擦阻尼器组合支座的基本原理

　　摩擦阻尼器组合支座的基本原理涉及到多个方面的协同作用，摩擦阻尼器主要基于摩擦力原理工作，其内部构造使得在相对运动时，接触面间产生摩擦力。当受到地震水平力作用时，摩擦阻尼器的可滑动部件之间发生相对位移，由于摩擦力的存在，这种相对滑动将地震输入的能量转化为热能进行耗散，从而减小传递到上部结构的地震能量。组合支座则是将摩擦阻尼器与其他支座(如橡胶支座等)相结合，橡胶支座具有良好的竖向承载能力和一定的水平柔性变形能力，能在竖向稳定地支撑上部结构重量。而摩擦阻尼器与橡胶支座组合后，在水平方向上，摩擦阻尼器发挥耗能作用的同时，橡胶支座提供水平变形适应性，二者共同作用有效降低上部结构的地震响应。这种组合支座利用了摩擦阻尼器的耗能特性和其他支座的承载与变形特性，实现了在地震作用下对结构的隔震保护。

　　3隔震优化及对比

　　3.1参数选择方面

　　在隔震系统中，参数选择是隔震优化对比的首要任务。以摩擦阻尼器组合支座为例，摩擦系数是关键参数之一。较大的摩擦系数虽能增强阻尼器耗能能力，但可能影响结构正常使用。比如，过高的摩擦系数可能使结构在微小振动时就产生较大阻力。隔震支座的竖向刚度与水平刚度同样重要，竖向刚度要足以支撑上部结构重量，水平刚度影响结构水平地震力下的变形。不同隔震方案对这些参数取值各异。在高地震烈度区，倾向选高摩擦系数阻尼器，可增强耗能，但需兼顾结构整体性能。分析参数对结构地震响应影响程度时，改变参数值，观察位移、加速度等指标变化，能筛选出适合工程需求的参数组合。

　　3.2结构动力响应方面

　　结构动力响应是衡量隔震优化效果的重中之重，地震时，位移、加速度和内力是结构主要动力响应指标。隔震优化旨在大幅降低上部结构加速度响应，减少地震惯性力，防止结构破坏，隔震层位移也不容忽视，过大则可能使隔震装置失效或碰撞周边结构。对比不同隔震优化方案时，数值模拟或试验研究是获取结构动力响应的有效手段。例如用有限元分析多层建筑结构，对比传统橡胶隔震支座和摩擦阻尼器组合支座方案。结果显示，摩擦阻尼器组合支座在降低上部结构加速度方面可能更出色，橡胶隔震支座在控制隔震层位移上或许有优势。这种对比有助于深入理解不同方案对结构动力响应的影响机制，为优化隔震设计提供依据。

　　3.3能量耗散机制方面

　　隔震系统的能量耗散机制在隔震优化对比中意义重大，摩擦阻尼器组合支座主要依靠摩擦阻尼器的摩擦耗能。地震中，摩擦阻尼器接触面相对滑动，将地震输入能量转化为热能耗散。不同隔震方案的能量耗散能力和效率有别。对比时，计算能量耗散总量和过程很关键。例如，优化的隔震方案可能在地震初期快速高效耗散能量，减少传递到上部结构的能量;而另一种方案可能耗能缓慢，使上部结构受较大能量冲击。绘制能量随时间变化曲线等能量耗散曲线分析，能直观比较不同隔震方案的能量耗散性能。借此可明确哪种方案在能量耗散上更具优势，进而实现隔震系统的优化，提升隔震效果。

　　3.4经济性方面

　　经济性是隔震优化与对比中必须考量的要素，隔震方案成本涵盖材料、制作安装和后期维护成本等。摩擦阻尼器组合支座的材料成本受阻尼器与支座选材影响，像高性能摩擦材料和优质橡胶材料会抬高成本。制作安装成本与装置复杂程度、安装精度要求相关，复杂结构和高精度安装必然增加成本。在对比隔震方案时，需综合初始投资和长期效益。例如，高端隔震方案初始投资大，但隔震性能佳，地震时能大幅削减结构破坏与修复成本，长远看是划算的。而简易便宜的方案初始成本虽低，却可能在地震中保护不足，致使后期修复成本攀升。对不同方案进行全生命周期成本分析，可在满足隔震需求下选出最经济方案，达成经济性目标。

　　3.5适用范围方面

　　不同的隔震优化方案具有不同的适用范围，这也是对比的一个重要方面。考虑到建筑结构的类型(如住宅、商业建筑、工业建筑等)、高度、使用功能以及所处的地震环境等因素。例如，对于高层住宅建筑，由于其居住功能和人员密集的特点，可能需要采用隔震效果好且对室内空间影响小的隔震方案。而对于工业建筑，可能需要考虑大型设备的振动对隔震系统的影响。从地震环境来看，在高地震烈度区，需要采用隔震性能更强、可靠性更高的方案，如具有高耗能能力的摩擦阻尼器组合支座。而在低地震烈度区，一些相对简单的隔震方案可能就足以满足要求。通过对不同隔震方案适用范围的分析和对比，可以针对具体的工程情况选择最合适的隔震优化方案，确保隔震系统在不同的工程条件下都能发挥最佳的隔震效果。

　　结束语

　　综上所述，摩擦阻尼器组合支座的隔震优化对比研究是提升建筑抗震性能的关键环节。通过深入的对比分析，能明确不同优化方案在结构动力响应、能量耗散、经济性等多方面的优劣。这不仅有助于在实际工程中选择最适宜的隔震设计，还为未来摩擦阻尼器组合支座的改进和创新提供了方向，从而推动建筑隔震技术不断发展，更好地保障建筑物在地震中的安全性。

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