工程结构抗震课件：第12章 减隔震设计基本原理

1、第12章 减隔震设计基本原理12.1 概要 为了提高抗震性能，结构抗震设计方法从传统的抗震向减轻地震荷载、改善结构延性方向转变。 减隔震设计已经在建筑物、桥梁结构中应用，其有效性已经得到了证实。比如，美国Northridge地震中按减隔震设计的南加利福尼亚大学医院完好无损，地震后医院的功能完全正常；日本兵库县南部地震中，从两栋结构形式相同的并列建筑物，一栋采用高阻尼叠层橡胶支座的3层钢筋混凝土建筑物，另一栋与之邻近且并列的3层非减隔震钢筋混凝土建筑物，非减隔震结构的屋顶最大加速度为基础位置最大纪录的35倍，而减隔震结构仅为0.73倍，等等。12.2 减隔震设计的基本原理 减震和隔震：长周期、高

2、阻尼桥梁支座,房屋基础设置装置叠层橡胶支座的变形特性基础位置减隔震装置能够变为现实要归功于叠层橡胶支座开发应用。12.3 减隔震支座的基本力学特性 减隔震结构的基本形式：整体式和分离式减隔震支座。（根据减、隔是否分离）减隔震支座的基本要求：刚度、阻尼、传力功能、力学性能的稳定性、耐久性、施工安装和交换容易。叠层橡胶支座的力学特性：轴压力和水平剪切作用时 压力轴压力作用时 叠层橡胶支座的压缩和拉伸变形特性：不能受拉。天然橡胶支座的剪切变形特性：阻尼小天然橡胶支座与高阻尼橡胶支座的剪切变形特性比较：阻尼大小铅芯橡胶支座：利用铅芯的塑性变形吸收能量。铅芯叠层橡胶支座的履历变形特性 叠层橡胶支座的力学

3、计算模型：竖向变形刚度：比较高，在抗震设计中没有实质的意义天然橡胶支座的剪切刚度：根据橡胶材料 以及截面积等计算得到高阻尼、铅芯橡胶支座需要考虑非线性履历特性荷载-位移曲线 双直线计算模型 根据统计资料确定相关的参数计算方法和安全验算省略12.4 其他形式的减隔震支座 （1）摩擦滑动支座用PTFE板与不锈钢板之间的摩擦滑动实现减隔震支座的阻尼效果，通过摩擦滑动与叠层橡胶支座的配合使用组合成减隔震装置，其中，摩擦滑动提供阻尼效果、橡胶支座提供水平恢复力作用。摩擦滑动支座的阻尼效果是通过摩擦面的摩擦变形实现的，PTFE板具有摩擦系数小、耐磨的优点，而且摩擦履历曲线近似矩形形状，有良好的能量吸收能力

4、，因此可以获得比较高的阻尼效果。PTFE板摩擦面上的摩擦系数与接触面的压力大小有关，当压力较大时摩擦系数小，反之则大。此外，摩擦系数大小还与动荷载的加载速度有关，载荷速度比较缓慢时摩擦系数小，载荷速度快时摩擦系数大。在温度荷载作用下，PTFE板的摩擦系数只有0.03左右，摩擦力十分小，这有利于减轻温度变化、蠕变等产生的超静定内力。在地震作用下，荷载速度快，摩擦系数也相对比较大，一般可以达到0.10.15，提高支座的阻尼效果。摩擦面长期工作会因磨损引起摩擦力下降，在设计阶段需要充分考虑这种因素的影响。摩擦装置本身不具备变形恢复能力，因此，地震后会产生残余变形。为了避免出现支座错位等问题，摩擦支座

5、必须配置叠层橡胶支座等具有弹性恢复能力的装置，弹性恢复装置的刚度根据计算确定，过大的恢复刚度影响减隔震效果，过小的恢复刚度起不到减小残余变形的能力。 另一种形式的分离式摩擦减隔震装置，功能分离式的减隔震装置具有支座平面尺寸小的优点，在大跨度桥梁结构中可以减小橡胶支座的体积。 （2）阻尼器弹塑性阻尼器铅制阻尼器铅制阻尼器工作原理 建筑物中应用的减隔震支座E型钢支座利用金属材料的弹塑性变形吸收能量摩擦摆式支座远离平衡点时受到的水平分力F简化公式：W上部结构支座竖向反力；D水平摆动距离；R滑动面曲率半径；滑动面摩擦系数。由于较小，经简化后最大水平力FPB等效最大刚度为粘性阻尼器：履历曲线近似于椭圆形状，位移最大时速度为零，抵抗力也下降为零，相反，速度最大时抵抗力为最大，因此对于温度变化等当荷载作用比较缓慢时，阻尼器产生的抵抗力十分小，可以