基礎滑移隔震體系的隔震特點探析

張 超 張 慧

基礎滑移隔震體系的隔震特點探析

張 超 張 慧

（陜西工業職業技術學院土木工程學院 陜西咸陽 712000）

基礎滑移隔震體系作為一種合理、安全、有效而且經濟的減震體系，正在被越來越多的學者所關注。簡要概況了基礎滑移隔震體系發展情況，介紹了基礎滑移隔震體系基本原理和特點，對不同基礎滑移隔震體系的隔震特點進行了簡要分析研究，為基礎滑移隔震的進一步研究提供參考。

基礎滑移隔震；減震體系；隔震特點

歷次震害調查表明，房屋建筑的倒塌和破壞是造成地震災害的主要原因。研究表明，滑移隔震技術是一種適合我國國情的新型減震控制技術，能夠有效地提高結構的抗震性能和抗災防護能力。

1 基礎滑移隔震體系發展簡況和基本原理

1.1 基礎滑移隔震體系發展簡況

摩擦滑移隔震體系早期主要應用于磚混結構，主要以砂礫、石墨等作為摩擦材料。摩擦材料沿條形基礎設置，形成了條狀的滑移隔震層，但由于其接觸面積較大，很難保證滑移面整體水平，有時還會出現爬坡現象。后期發展的點接觸摩擦滑移機構很好地解決了這個問題，即在有限個“點”處設置滑移支承元件。該滑移機構的優點是：施工找平相對容易；節省了材料；當結構發生不均勻沉降時，為隔震層保持水平提供了可能性；也方便維修和更換隔震裝置。

1.2 基礎滑移隔震體系基本原理

基礎滑移隔震是在建筑物與基礎之間設置由低摩擦系數材料構成的滑移面，允許建筑物在發生地震時相對基礎做整體水平滑動。由于摩擦滑移作用，削弱了地震作用向上部的傳遞，同時，建筑物在滑動過程中通過摩擦耗散了地震能量，從而達到隔離地震的效果。當建筑物正常使用或遭遇小震作用時，靜摩擦力能夠阻止上部結構的滑動，提供初始剛度。當地震強度達到一定的程度，滑移隔震層克服了靜摩擦力，開始在滑移面上滑動，此時通過摩擦作用和限位消能元件提供隔震層阻尼，來減少上部結構的地震反應[1]。

2 基礎滑移隔震體系特點

滑移隔震技術是開發應用最早的隔震措施之一。與其他隔震體系相比，滑移隔震體系具有以下優點：滑移隔震體系的隔震效果受地面頻率特性的影響較小，幾乎不會發生共振現象；隔震層重力支承裝置（滑移支承元件）與提供水平剛度的裝置（限位裝置）相分離，施工難度得到了降低，充分考慮了隔震裝置的防銹及損害更換等問題；其造價比較低，安全度比較高。

3 基礎滑移隔震體系分類

目前滑移隔震體系主要分為：基于滑動摩擦力的滑移隔震體系和基于滾動摩擦力的滑移隔震體系。

基于滑動摩擦力的滑移隔震體系主要包括純摩擦基礎隔震體系（P-F）、恢復力摩擦基礎隔震體系（R-FBI）、法國電力基礎隔震體系（EDF）和帶限位裝置的摩擦基礎隔震體系等[2]。

3.1 純摩擦基礎隔震體系（P-F）

該體系的隔震層采用砂石墊層或摩擦板來達到隔震的目的。在地震作用下，純摩擦滑移隔震體系利用上部結構與基礎之間的摩擦力來消耗地震能量，而且沒有明顯共振頻率區，不會產生共振。由于其隔震措施簡單、經濟，故在我國已得到了很好的應用。但這種系統的不能提供限位功能，地震作用后將產生殘余位移，也可能與周圍建筑物碰撞，所以一般要和限位裝置配合使用。

3.2 恢復力摩擦基礎隔震體系（R-FBI）

該體系主要由涂有聚四氟乙烯的不銹鋼板疊合而成的摩擦板和橡膠支座兩部分并聯而成。其中，橡膠支座提供彈性恢復力，使結構復位；豎向荷載由橡膠支座和不銹鋼板共同承擔。當結構發生移動時，橡膠墊發生變形，摩擦板之間也相互移動，產生摩擦力，進而耗散地震能量。其隔震效果稍遜于純摩擦基礎隔震體系，在大震作用下，橡膠墊容易變形過大，隔震裝置容易被破壞，但這種系統具有一定的復位能力。

3.3 法國電力基礎隔震體系（EDF）

法國電力基礎隔震體系的隔震裝置由摩擦板和橡膠支座串聯組成，橡膠支座位于摩擦板下，摩擦板由錨固在結構筏板上的鋼板和鉛-青銅板組成。一般情況下，摩擦板的摩擦系數在0.2左右。小震作用下摩擦板不滑動，體系的工作特性與橡膠墊隔震體系類似；大震作用下摩擦板開始滑動，此時隔震裝置既可以耗散地震能量，又可以減小上部結構地震反應。

3.4 帶限位裝置的摩擦基礎隔震體系

為了克服純摩擦滑移隔震體系在地震作用下滑移量過大且發生位移后不能自動復位的缺點，西安建筑科技大學姚謙峰、熊仲明等較為詳盡地對帶U型帶片限位裝置的滑移隔震體系進行了研究。滑移隔震裝置包括滑移支承和限位消能兩種元件。其中，滑移支承元件主要起支承上部結構重量和隔離地震的作用，由上、下剛性支承板及中間用低摩擦系數材料噴涂的不銹鋼板組成。限位消能元件是利用普通A3鋼板冷彎而做成的U型鋼片。它主要是吸收地震能量，抑制地震波中長周期成分給滑移隔震結構帶來的變位，并且一定程度上控制了結構的扭轉滑移。

基于滾動摩擦力的滑移隔震體系包括摩擦擺隔震體系（FPS）和自由滾軸摩擦力的隔震體系。

3.5 摩擦擺隔震體系（FPS）

摩擦擺隔震體系是一種有效的干摩擦滑移隔震體系，是由美國的Dr.Victor Zayas首先提出來的。實際上摩擦擺支座是一個雙軸摩擦擺支座，它的圓弧滑動面涂有低摩擦系數和較高豎向承載力的涂料，這種特有的圓弧滑動面使結構具有自動復位和限位以及良好的振動穩定性的功能。常用的FPS支座有：美國生產的The Earthquake Barrier System(Caspe and Reinhom 1986)、The Friction Pendulum System(Zayas etal 1987)等；國內的FPS型支座有中國建筑科學研究院生產的單面摩擦擺錘支座等[3]。

3.6 自由滾軸摩擦力的隔震體系

由于滾動摩擦力比滑動摩擦力小，因此有些學者建議采用自由滾軸隔震體系來減少滑移隔震結構基底摩擦力，進而減小上部結構的地震反應。自由滾軸摩擦力隔震體系一般分為兩種；橢圓形滾軸隔震體系和圓形滾軸隔震體系。圓形滾軸隔震體系可以有效地減小傳到上部結構的地震作用，但該體系沒有復位功能，從而導致基底產生很大的基底位移和殘余位移。橢圓形滾軸隔震體系恰好彌補了圓形滾軸隔震體系的不足，即在不產生很大的基底位移和殘余位移的同時有效地降低了結構的地震反應[4]。

4 結語

基礎滑移隔震技術采用“以柔克剛”的設計理念，通過設置滑移隔震層來隔離和減少地震能量的輸入，使得上部結構的地震反應明顯減少。滑移隔震技術在近幾十年來快速地發展，在我國一些城市已經得到了應用，并經受住了地震的考驗，形成了建筑結構抗震設計和研究的新趨勢。

[1] 蘇經宇,曾德民,田杰.隔震建筑概論[M].北京:冶金工業出版社,2012.

[2] 夏明輝.滑移隔震結構隔震裝置損傷分析與抗傾覆驗算[D].西安:西安建筑科技大學,2011.

[3] 楊林,周錫元,蘇幼坡等.FPS摩擦擺隔震體系振動臺試驗研究與理論分析[J].特種結構,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.

張超，男，陜西工業職業技術學院，土木工程學院，助教，碩士，工程技術教研室

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1007-6344（2017）03-0281-01