耗能支座在不同建筑結(jié)構(gòu)中的對比實驗

【摘要】耗能支座是指在地震來臨時，能夠通過支座本身的減隔震性能隔離和耗散地震能量，減小地震對上部建筑結(jié)構(gòu)的破壞，從而達(dá)到保護(hù)建筑和人員的安全。目前行業(yè)內(nèi)有各種形式的橡膠減振支座、彈簧減振支座、摩擦擺減振支座等等，技術(shù)相對都比較成熟，下面以摩擦擺減振支座為例，通過實驗的方式對比了同種形式的耗能支座在不同結(jié)構(gòu)中的減振效果，供各位建筑專業(yè)做減隔震耗能的參考。

【關(guān)鍵詞】耗能支座;摩擦擺支座;建筑結(jié)構(gòu)

1、引言

本文以目前市場應(yīng)用比較廣的摩擦擺耗能支座為例介紹一下兩種工況下的對比實驗數(shù)據(jù)，并簡要分析原因，給各位設(shè)計同行作為建筑結(jié)構(gòu)減隔震設(shè)計的參考。

2、摩擦擺耗能支座的結(jié)構(gòu)及工作原理

摩擦擺耗能支座是利用了鐘擺的動能勢能轉(zhuǎn)化及擺動過程中的摩擦耗能原理來實現(xiàn)支座對建筑結(jié)構(gòu)的耗散地震能量的作用。摩擦擺耗能支座的兩個主要參數(shù)。一個是等效曲率半徑，左邊這個是理論上的純單擺，其曲率半徑就是下端滑動面的半徑R。而對于一般的摩擦擺其等效曲率半徑就是兩個摩擦面的圓心距。一般來說，等效曲率半徑越大，結(jié)構(gòu)周期越長，隔震效率越高，地震位移越大。摩擦系數(shù)在這里起到很重要的作用，而它會隨著摩擦材料的不同，壓力、速度的不同而變化。一般來說，摩擦系數(shù)越高，減震效率越低，阻尼比越大，地震位移越小。對于某一特定結(jié)構(gòu)，存在一個最優(yōu)的摩擦參數(shù)（對應(yīng)最優(yōu)阻尼比）。

3、摩擦擺耗能支座的實驗要求

動態(tài)試驗機性能：豎向加載能力20MN、動態(tài)水平力±3MN、靜態(tài)水平力4MN、加載頻率0-0.5Hz、位移±600mm，工作臺尺寸1.5x1.5米。豎向空間尺寸最大行程1米。

摩擦擺耗能支座采用KZQZ6000KN的雙曲面摩擦擺支座，最大平面尺寸1米x1米，高度0.17米。支撐架高度0.63米。總高0.8米，方便安裝到試驗機內(nèi)。實驗?zāi)康挠幸韵聝牲c：

a對比雙曲面摩擦擺耗能支座有上部支撐架時的水平力和直接加載時的水平力的大小。

b對比支座無水浸泡凹曲面和有水浸泡凹曲面情況下的水平力大小。

4、對比實驗的實驗步驟

4.1 基本實驗條件：

摩擦擺耗能支座及支撐架在實驗室23±2°的條件下放置24小時后，加壓至6000KN，預(yù)壓1小時，水平加載，設(shè)定位移為±100mm。

4.2 第一次加載實驗：

摩擦擺耗能支座帶支撐架加載，在實驗25度溫度下加載到6000KN，持壓1小時后，在持壓狀態(tài)進(jìn)行水平推動，做位移量±100mm 的往復(fù)位移兩次。形成剪力-位移曲線圖。（見圖1）

4.3 第二次加載實驗：

拆掉支撐架，在實驗室25度溫度下對摩擦擺耗能支座單獨加載到6000KN，在持壓狀態(tài)下進(jìn)行水平推動，做位移量±100mm的往復(fù)位移兩次。形成剪力-位移曲線圖。（見圖2）

4.4第三次加載實驗：

試驗機卸載后拉出支座加水，在實驗室25度溫度下放置24小時。之后安裝摩擦擺支座到試驗機上，并加載到6000KN，持壓一小時后在持壓狀態(tài)進(jìn)行水平推動做位移量±100mm的往復(fù)位移兩次。形成剪力-位移曲線圖。（見圖3）

5、實驗數(shù)據(jù)小結(jié)

5.1 帶支撐架加載實驗壓力6000KN位移100mm時，水平力最大423KN;不帶支撐架壓力6000KN位移100mm時，水平力最大262KN。

5.2 不帶支撐架加載實驗壓力6000KN位移100mm時，水平力最大262KN;不帶支撐架加水加載實驗壓力6000KN位移100mm時，水平力最大205KN。

結(jié)語：

綜合以上對比實驗的實驗數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：摩擦擺耗能支座直接放置在結(jié)構(gòu)下部時，在設(shè)計載荷下，發(fā)生位移的初始摩擦力小于該支座通過支撐結(jié)構(gòu)連接上部建筑結(jié)構(gòu)時的初始摩擦力。該結(jié)果證明支撐結(jié)構(gòu)因為增加了結(jié)構(gòu)對耗能支座的附加力矩而增大支座的水平推力，實際支座本身的摩擦系數(shù)和水平力并未發(fā)生變化，只是體現(xiàn)到實驗機的水平力數(shù)據(jù)為支座本身的摩擦力和支撐產(chǎn)生的附加力的疊加而已。對于在自然環(huán)境下浸泡過水的支座來說其摩擦系數(shù)和水平推力并未發(fā)生變化。

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作者簡介：

王立志（1979.09—），男，總工、創(chuàng)新中心主任、高級工程師，單位：河北省橋梁吸能裝置技術(shù)創(chuàng)新中心。

曹琳琳（1987.06—），男，研發(fā)中心副主任，工程師，單位：衡水市橡膠總廠有限公司。

肖永明（1967.08—），男，技術(shù)部部長，助理工程師，單位：衡水市橡膠總廠有限公司。