基础滑移隔震体系的隔震特点探析

张 超 张 慧

基础滑移隔震体系的隔震特点探析

张 超 张 慧

（陕西工业职业技术学院土木工程学院 陕西咸阳 712000）

基础滑移隔震体系作为一种合理、安全、有效而且经济的减震体系，正在被越来越多的学者所关注。简要概况了基础滑移隔震体系发展情况，介绍了基础滑移隔震体系基本原理和特点，对不同基础滑移隔震体系的隔震特点进行了简要分析研究，为基础滑移隔震的进一步研究提供参考。

基础滑移隔震；减震体系；隔震特点

历次震害调查表明，房屋建筑的倒塌和破坏是造成地震灾害的主要原因。研究表明，滑移隔震技术是一种适合我国国情的新型减震控制技术，能够有效地提高结构的抗震性能和抗灾防护能力。

1 基础滑移隔震体系发展简况和基本原理

1.1 基础滑移隔震体系发展简况

摩擦滑移隔震体系早期主要应用于砖混结构，主要以砂砾、石墨等作为摩擦材料。摩擦材料沿条形基础设置，形成了条状的滑移隔震层，但由于其接触面积较大，很难保证滑移面整体水平，有时还会出现爬坡现象。后期发展的点接触摩擦滑移机构很好地解决了这个问题，即在有限个“点”处设置滑移支承元件。该滑移机构的优点是：施工找平相对容易；节省了材料；当结构发生不均匀沉降时，为隔震层保持水平提供了可能性；也方便维修和更换隔震装置。

1.2 基础滑移隔震体系基本原理

基础滑移隔震是在建筑物与基础之间设置由低摩擦系数材料构成的滑移面，允许建筑物在发生地震时相对基础做整体水平滑动。由于摩擦滑移作用，削弱了地震作用向上部的传递，同时，建筑物在滑动过程中通过摩擦耗散了地震能量，从而达到隔离地震的效果。当建筑物正常使用或遭遇小震作用时，静摩擦力能够阻止上部结构的滑动，提供初始刚度。当地震强度达到一定的程度，滑移隔震层克服了静摩擦力，开始在滑移面上滑动，此时通过摩擦作用和限位消能元件提供隔震层阻尼，来减少上部结构的地震反应[1]。

2 基础滑移隔震体系特点

滑移隔震技术是开发应用最早的隔震措施之一。与其他隔震体系相比，滑移隔震体系具有以下优点：滑移隔震体系的隔震效果受地面频率特性的影响较小，几乎不会发生共振现象；隔震层重力支承装置（滑移支承元件）与提供水平刚度的装置（限位装置）相分离，施工难度得到了降低，充分考虑了隔震装置的防锈及损害更换等问题；其造价比较低，安全度比较高。

3 基础滑移隔震体系分类

目前滑移隔震体系主要分为：基于滑动摩擦力的滑移隔震体系和基于滚动摩擦力的滑移隔震体系。

基于滑动摩擦力的滑移隔震体系主要包括纯摩擦基础隔震体系（P-F）、恢复力摩擦基础隔震体系（R-FBI）、法国电力基础隔震体系（EDF）和带限位装置的摩擦基础隔震体系等[2]。

3.1 纯摩擦基础隔震体系（P-F）

该体系的隔震层采用砂石垫层或摩擦板来达到隔震的目的。在地震作用下，纯摩擦滑移隔震体系利用上部结构与基础之间的摩擦力来消耗地震能量，而且没有明显共振频率区，不会产生共振。由于其隔震措施简单、经济，故在我国已得到了很好的应用。但这种系统的不能提供限位功能，地震作用后将产生残余位移，也可能与周围建筑物碰撞，所以一般要和限位装置配合使用。

3.2 恢复力摩擦基础隔震体系（R-FBI）

该体系主要由涂有聚四氟乙烯的不锈钢板叠合而成的摩擦板和橡胶支座两部分并联而成。其中，橡胶支座提供弹性恢复力，使结构复位；竖向荷载由橡胶支座和不锈钢板共同承担。当结构发生移动时，橡胶垫发生变形，摩擦板之间也相互移动，产生摩擦力，进而耗散地震能量。其隔震效果稍逊于纯摩擦基础隔震体系，在大震作用下，橡胶垫容易变形过大，隔震装置容易被破坏，但这种系统具有一定的复位能力。

3.3 法国电力基础隔震体系（EDF）

法国电力基础隔震体系的隔震装置由摩擦板和橡胶支座串联组成，橡胶支座位于摩擦板下，摩擦板由锚固在结构筏板上的钢板和铅-青铜板组成。一般情况下，摩擦板的摩擦系数在0.2左右。小震作用下摩擦板不滑动，体系的工作特性与橡胶垫隔震体系类似；大震作用下摩擦板开始滑动，此时隔震装置既可以耗散地震能量，又可以减小上部结构地震反应。

3.4 带限位装置的摩擦基础隔震体系

为了克服纯摩擦滑移隔震体系在地震作用下滑移量过大且发生位移后不能自动复位的缺点，西安建筑科技大学姚谦峰、熊仲明等较为详尽地对带U型带片限位装置的滑移隔震体系进行了研究。滑移隔震装置包括滑移支承和限位消能两种元件。其中，滑移支承元件主要起支承上部结构重量和隔离地震的作用，由上、下刚性支承板及中间用低摩擦系数材料喷涂的不锈钢板组成。限位消能元件是利用普通A3钢板冷弯而做成的U型钢片。它主要是吸收地震能量，抑制地震波中长周期成分给滑移隔震结构带来的变位，并且一定程度上控制了结构的扭转滑移。

基于滚动摩擦力的滑移隔震体系包括摩擦摆隔震体系（FPS）和自由滚轴摩擦力的隔震体系。

3.5 摩擦摆隔震体系（FPS）

摩擦摆隔震体系是一种有效的干摩擦滑移隔震体系，是由美国的Dr.Victor Zayas首先提出来的。实际上摩擦摆支座是一个双轴摩擦摆支座，它的圆弧滑动面涂有低摩擦系数和较高竖向承载力的涂料，这种特有的圆弧滑动面使结构具有自动复位和限位以及良好的振动稳定性的功能。常用的FPS支座有：美国生产的The Earthquake Barrier System(Caspe and Reinhom 1986)、The Friction Pendulum System(Zayas etal 1987)等；国内的FPS型支座有中国建筑科学研究院生产的单面摩擦摆锤支座等[3]。

3.6 自由滚轴摩擦力的隔震体系

由于滚动摩擦力比滑动摩擦力小，因此有些学者建议采用自由滚轴隔震体系来减少滑移隔震结构基底摩擦力，进而减小上部结构的地震反应。自由滚轴摩擦力隔震体系一般分为两种；椭圆形滚轴隔震体系和圆形滚轴隔震体系。圆形滚轴隔震体系可以有效地减小传到上部结构的地震作用，但该体系没有复位功能，从而导致基底产生很大的基底位移和残余位移。椭圆形滚轴隔震体系恰好弥补了圆形滚轴隔震体系的不足，即在不产生很大的基底位移和残余位移的同时有效地降低了结构的地震反应[4]。

4 结语

基础滑移隔震技术采用“以柔克刚”的设计理念，通过设置滑移隔震层来隔离和减少地震能量的输入，使得上部结构的地震反应明显减少。滑移隔震技术在近几十年来快速地发展，在我国一些城市已经得到了应用，并经受住了地震的考验，形成了建筑结构抗震设计和研究的新趋势。

[1] 苏经宇,曾德民,田杰.隔震建筑概论[M].北京:冶金工业出版社,2012.

[2] 夏明辉.滑移隔震结构隔震装置损伤分析与抗倾覆验算[D].西安:西安建筑科技大学,2011.

[3] 杨林,周锡元,苏幼坡等.FPS摩擦摆隔震体系振动台试验研究与理论分析[J].特种结构,2005,22(2):43-46.

[4] R.S.Jangid and YB.Londhe. Effectiveness of Elliptical Rolling Rods for Base Isolation[J]. J. of Structural Engineering, 1998, 124(4):469-472.

张超，男，陕西工业职业技术学院，土木工程学院，助教，硕士，工程技术教研室

TU352.1

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1007-6344（2017）03-0281-01