我國基礎滑移隔震的發展與研究

王 晴 晴

(安徽理工大學土木建筑學院，安徽 淮南 232001)

我國基礎滑移隔震的發展與研究

王 晴 晴

(安徽理工大學土木建筑學院，安徽 淮南 232001)

簡要介紹了基礎隔震結構的概念，從理論研究與試驗研究兩個方面對國內基礎滑移隔震的發展與研究做了綜合論述，并對以后國內滑移隔震技術的研究進行了展望，有利于促進滑移隔震技術的發展。

摩擦滑移隔震，理論研究，試驗研究，結構

0 引言

基礎隔震結構由上部結構、隔震裝置及下部結構三部分構成，隔震原理如圖1所示。在建筑的上部結構和基礎之間設置隔震裝置形成隔震層，使上部結構和地震動的水平成分相絕緣，延長自振周期，增加結構阻尼，減少建筑結構的加速度反應，而結構的位移則主要集中于隔震層，上部結構相對位移很小，結構整體基本處于安全的彈性狀態，建筑物不會破壞或倒塌。

1 摩擦滑移隔震系統的研究概況

摩擦滑移隔震系統主要包括滑移支承元件和限位消能元件兩部分。滑移支承元件除了承擔上部結構的全部重量，并承受上部結構與地基基礎之間的相對水平位移，還延長了建筑結構物的自振周期，從而有效的降低建筑結構的地震動反應。滑移支承元件是在摩擦滑移隔震體系中起關鍵作用的重要裝置，而限位裝置只負責提供水平恢復力。滑移隔震體系徹底克服了傳統結構“硬抗”式的抗震方法。

基礎滑移隔震的概念最早是在1881年由日本的河合浩藏提出的，他的設想是，先在地基上縱橫交錯放置幾層圓木，再在圓木上澆筑混凝土作基礎，最后在混凝土基礎上蓋房，以此來降低地震能量向建筑物的傳遞[1]。

我國對隔震技術的研究開始于20世紀80年代。在1976年唐山大地震中，受地震災害較輕的是那些鋼筋混凝土框架與基礎不相連的房屋建筑，李立從這種現象中得到了啟發，提出砂墊層隔震的方法，就是在地基與底部圈梁之間墊一層篩選過的砂，在地震發生時，可以使上部結構與地基基礎產生一定的相對滑動，限制地基向上部結構傳力。這是我國最早的有關滑移隔震的理論。隨后，滑移隔震技術的研究在我國廣泛開展。

1.1 理論研究

1980年，冶金部建筑科學研究總院的劉德馨、李立與清華大學的陳聃教授都提出了滑動摩擦隔震系統的分析模型和非線性反應譜[2]。熊仲明[3，4]通過對多自由度滑移隔震結構的等代模型的分析，提出了滑移隔震結構能量分析的簡化計算方法。

樊劍對滑移隔震結構的動力特性及地震反應進行了研究，提出了連續性指數摩擦力模型，對隔震性能的各種影響因素進行了分析。東南大學的毛利軍、李愛群研究了基于STATEFLOW和SIMULINK的基礎滑移隔震系統的仿真非線性分析，提出了基礎滑移隔震的結構基本體系和振型分解反應譜法。

由于摩擦滑移隔震結構在地震動的作用下將產生位移殘余，在大震、余震或多次地震作用下，結構可能會與基坑相互碰撞，樊劍建立了滑移隔震結構與基坑相互碰撞的運動方程，分析了各主要因素對運動的影響。河南科技大學的侯中華對純摩擦滑移隔震結構體系的地震動反應和位移進行了分析研究，在建立了基礎隔震結構動力反應方程的基礎之上，分析了純摩擦滑移隔震結構體系中摩擦因數的變化對結構隔震效果的影響。

華中科技大學的魏俊杰分析在近斷層地震作用下摩擦滑移隔震體系的動力響應。江宜城對基礎隔震結構和多層框架隔震結構的地震扭轉反應進行了研究，建立了地震作用下多層框架隔震結構扭轉反應的運動方程，計算了基礎隔震結構的地震扭轉反應和結構模型不同偏心的地震反應,對存在扭轉變形的建筑結構來說,隨著偏心的增大，結構模型的扭轉變形也增大。李宏男研究了結構偏心對基礎隔震結構地震反應的影響，探討了上部結構偏心、隔震層偏心、場地條件等因素對于隔震結構地震反應的影響，提出了計算偏心隔震結構轉動方向地震作用的簡化計算公式，為計算偏心隔震結構的地震作用提供了簡便、快捷和準確的方法。王建強等對多層基礎滑移摩擦隔震結構進行了在水平雙向地震作用下的平—扭耦聯地震反應分析，研究了上部結構的偏心、抗扭剛度和隔震層的偏心、抗扭剛度對建筑結構的地震反應的影響。

熊仲明就多層房屋滑動抗傾覆穩定性的判定條件進行了討論，提出了多質點結構隔震體系的自身穩定條件。王偉剛在考慮動力影響的情況下研究了隔震結構的抗傾覆問題，分析了隔震結構在水平地震作用下的受力狀態和影響隔震結構傾覆的條件。李宏男采用Newmark-β法，研究了場地條件、上部結構剛度、隔震層剛度、橡膠墊設置方式、豎向地震動以及地震動峰值等因素對隔震結構高寬比限值的影響。杜永峰對雙向地震激勵下和近斷層脈沖型地震動下的隔震結構抗傾覆特性進行了數值分析和研究。

以上是近幾年來我國地震工作者對滑移隔震體系所進行的理論方面的研究。

1.2 試驗研究

磚混結構在我國民用建筑中廣泛地被使用，但這種結構的抗震能力較差，為此，韋定國采用基底滑移隔震的方法，以磚混結構為研究對象，對無特殊構造措施的大開間模型磚房進行地震振動臺試驗模擬，結果表明，采用基底滑移隔震措施能大幅度的減小上部結構的地震反應，且選擇滑移材料時，須綜合考慮隔震期望與摩擦系數之間的關系。東南大學的張文芳對九層磚混滑移隔震結構進行了振動臺模擬試驗研究，并與非隔震結構作比較，歸納總結了基礎滑移隔震砌體房屋結構的工程設計方法。

榮強等通過滑移隔震支座的模擬試驗，探討了靜、動摩擦系數的變化趨勢以及滑動摩擦系數的各項影響因素，對滑移隔震支座的恢復力特性做了研究。姚謙峰對滑移隔震結構的振動特性進行了試驗驗證，并分析了上部結構偏心距和隔震系統偏心距對滑移隔震結構扭轉反應的影響，研究結果表明，隔震技術可以大大的降低隔震結構的扭轉反應。

目前，許多學者致力于新型滑移隔震體系以及新型隔震材料和限位裝置的研究。張文芳等以滿足各種參數配置及工程應用要求為目的，設計了一種新型的全密封鎖位型摩擦阻尼隔震支座。曹萬林等提出了一種適用于農村的新型基礎滑移隔震的砌體結構，實驗表明，這種結構工作可靠，可顯著減小上部結構的地震作用。熊仲明等用聚四氟乙烯—鋼板作滑移支承元件，以軟鋼U形帶片為限位消能元件提出了一種適用于框架結構的新型滑移隔震體系，克服了傳統的滑移隔震限位裝置容易增加上部結構的地震響應的缺陷。

砂墊層是目前國內最經常采用的一種滑移隔震墊層材料。竇遠明通過砂墊層隔震性能的振動臺試驗研究，證實隨著砂墊層密實度的增加，減振效果有所減小。輸入El-Centro波時，隨著砂墊層厚度的增加，結構減振效果逐漸增強。趙少偉也在振動臺試驗研究中發現，單一粒徑的隔震效果比連續級配的隔振效果要好，無論何種粒徑，隨著隔震墊層厚度的增加，結構減振率有所增加。但采用砂墊層后，建筑物的地震反應并不能消除，仍對建筑物產生影響，且砂墊層沒有復位功能，地震后殘余位移量較大。由于橡膠具有較好的彈性性能和抗疲勞性能，在此基礎上，尚守平提出將橡膠粒作為一種隔震材料，并對橡膠顆?！盎旌衔锏膭蛹羟心Ａ窟M行了試驗，研究結果表明，橡膠顆粒的加入可以有效地降低砂—橡膠顆粒混合材料的動剪切模量。

2 問題與展望

我國對基礎摩擦滑移隔震技術做了較多的理論和實驗方面的研究，證實了滑移隔震技術的有效性，但仍存在需要解決的問題。

現有的隔震裝置有的造價過高，不利于在實際應用中的推廣，需研發新型的造價低廉的滑移隔震裝置。如何將隔震性能優良的隔震技術應用到實際工程中，也是目前亟需解決的重要問題。

砂與橡膠?；旌细粽饓|層作為一種造價低、隔振效果良好的隔震裝置，值得深入探討。為使隔振效果最優，混合隔震墊層中砂與橡膠粒的配合比應為多少，還有隔震墊層的厚度問題也值得研究。

另外，在我國河南、新疆、云南、山西、陜西等地已經相繼建成滑移隔震試點建筑，陜西、遼寧頒布了《滑移隔震建筑標準》等地方性標準。《中國建筑抗震設計規范》中也僅僅是對采用應用相對較廣的疊層橡膠隔震支座的建筑結構隔震系統做了相關的規定。所以對于采用其他類型的基礎隔震體系還需進一步的研究，以使這類隔震結構的設計達到標準化，利于推廣應用。

[1] 唐家祥,劉再華.建筑結構基礎隔震[M].武漢:華中理工大學出版社,1993.

[2] 蘇經與，曾德民.我國建筑結構隔震技術的研究與應用[J].地震工程與工程震動，2001,21(4)：94-101.

[3] 熊仲明，張萍萍，韋 俊，等.滑移隔震結構基于能量分析的簡化計算研究[J].西安建筑科技大學學報(自然科學版),2012,44(3):305-309.

[4] 熊仲明,史慶軒，李菊芳.框架結構基于能量地震反應分析及設計方法的理論研究[J].世界地震工程,2005,121(2):141-146.

The development and research on our base sliding isolation

Wang Qingqing

(CivilEngineeringandArchitectureSchool,AnhuiUniversityofScienceandTechnology,Huainan232001,China)

This paper briefly introduced the concept of base isolated structure, from theoretical and test research two aspects comprehensive discussed the development and research of domestic base sliding isolation, prospected future domestic sliding isolation technology research, was conducive to promoting the development of sliding isolation technology.

friction sliding isolation, theoretical research, test research, structure

2015-01-12

王晴晴(1988- )，女，在讀碩士

1009-6825(2015)09-0032-02

TU352.1

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