双滑动面摩擦摆隔震支座的隔震效果.pdf

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1、第36卷第3期河北联合大学学报(自然科学版)Vo1．36No．32014年7月JournalofHebeiUnitedUniversity(NaturalScienceEdition)Ju1．2014文章编号：2095-2716(2014)03-0106-04双滑动面摩擦摆隔震支座的隔震效果闫亚汐，刘琦(河北联合大学河北省地震工程研究中心，河北唐山063009)关键词：Lagrange方程；双滑动面摩擦摆隔震系统；龙格一库塔方法；层间位移摘要：以Lagrange方程和龙格一库塔方法为基本方法，采用MArLAB编制求解程序，计算了在一个7层结构中设置双滑动面摩擦摆隔震系统

2、的地震动力反应，并与未设置隔震系统的数值比较分析了双滑动面摩擦摆隔震系统的性能，分析与计算结果表明：结构基础设置双滑动面摩擦摆支座具有明显的隔震效果，当=0．O1、r：3．5时隔震效果已达70％左右。中图分类号：TD352．1文献标志码：A0引言地震破坏性极大，不仅严重威胁人类安全，而且还会对财产造成巨大损失。传统的抗震设计主要是通过加强建筑物的整体性，提高建筑材料的强度、延性等措施使建筑物不倒塌。一旦灾害来临，损伤部位在主体结构上，是很难修缮的。因此对结构进行隔震控制¨的理论研究和应用受到极大重视和推广。现代隔震技术诞生于2O世纪80年代，在全球都还处于初步阶段，并没

3、有被广泛应用。我国也跟上日本和美国等隔震技术较发达的国家的步伐在积极的推广隔震技术。1993年，在周福霖教授的主持下，我国第一座配备有夹层橡胶垫隔震的大楼在汕头市成功建立。5年后，周福霖主持建造了北京通惠家园，在距离地表11．6米的地铁车辆段的平台上建成了隔震建筑群，这是当前世界上拥有最大隔震面积的建筑群。2012年昆明新机场航站楼建造完成，其是全世界最大的单体隔震建筑，占地面积约50多万平方米，运用了先进的混合隔震技术，地震设防烈度超出9度。可见隔震技术为抵抗地动灾害提供了一种更为有用的崭新方法。1双滑动面摩擦摆隔震系统模型的确定摩擦摆隔震体系(FrictionPen

4、dulumSystem，简称FPS)是典型的隔震技术，FPS不单具备平面滑移隔震体系对地震激励频率范畴高稳定性和低敏感性等特征，其特有的圆弧滑动面能够自动复位，不需另设阻尼向心装置，双滑动面摩擦摆隔震系统的是在FPS基础上提出来的新模型，其研究在国内尚属起步阶段，在建筑结构中设置双滑动面摩擦摆隔震支座甚少。双滑动面摩擦摆由上下两个圆弧滑道及具有一定质量的滑块组成，在地震作用下，基础和上部建筑之间产生水平相对运动，从而引起支座的上下支座板之间的水平相对位移，该装置可以提供帮助上部结构回到初始位置的回复力，有效延长隔震结构的自振周期，结构的振动周期延长到反应谱的长周期下降段

5、，并且可以提供稳定可靠的阻尼耗能，从而起到隔震效果。双滑动面摩擦摆的示意图如图l。图中0和日，分别为滑块偏离平衡位置的角度，r】和r2分别为上下滑道半径。图1双滑动面摩擦摆摆系统示意图收稿日期：2013．12-26第3期闫亚汐，等：双滑动面摩擦摆隔震支座的隔震效果1072研究双滑动面摩擦摆的理论方法2．1Lagrange方程运用Lagrange方程研究设置有双滑动面摩擦摆隔震系统的结构在地震作用下的运动方程。在建立运动方程的过程中，Lagrange方程得到广泛应用，除非保守力(阻尼力)以外，没有必要去直接分析惯性力和保守力，尤其是弹性恢复力，而在建立运动方程时，惯性力以

6、及弹性恢复力是最为艰难的分析对象，往往通过实验以及测试的方法得到阻尼力，而不是从数学推理分析以及对材料和构件的尺寸等方面来推导出，因此，难点并不在于由阻尼产生出的非保守力，Lagrange方程的基本形式如下：dt(＼芦g)J一raog+。voagf：(=1，’2。⋯凡)f其中：、结构的动能、势能之和；9——结构任意质点的广义坐标；Q——与广义坐标g相对应得广义力。由Lagrange方程得出结构的任意质点在地动反应下加速度的表达式。2．2龙格一库塔方法将双滑动面摩擦摆隔震系统的运动方程建立完成后，采用龙格一库塔法对结构在地震作用下运动状态求解。龙格一库塔法是求解非线性问题

7、的一种非常有用的方法。优点是计算量小，精度高，不需计算高阶导数，在一定条件下很稳定并且在工程上应用广泛等。由于采取相应的方法对误差进行控制，所以其原理比较复杂。该算法建立在数学基础之上。一般的，点数越多，精度越高，一阶精度的欧拉公式表示为：Y+1=Y+h×K1(1)其中：K=／，Y)将点处的斜率的近似值K和点处的斜率的算术平均值作为平均斜率的近似值，设为K，那么就会得N-阶精度的改进欧拉公式：Y+1=(Y+h)×(Kl+)／2其中：Kj=，Y)2=+h，Y+)XK1由此可知：i一1：f(x+Aih，Y+h∑(2)上式中c，A，均为常数。(