層間隔震結構的研究現狀

(武漢理工大學 湖北 武漢 430070)

在上部結構某兩層間設置的隔震措施被稱為層間隔震，是一種新興的結動振動被動控制技術，尤其適合豎向剛度有突變的混合結構，可以有效的減輕鞭鞘效應。國內外的學者很早就開展了關于層間隔震結構的研究，主要集中在結構減震機理、隔震層參數優化、易損性分析和試驗驗證等方面，取得了喜人的成果。

一、國內研究現狀

徐忠根[1]等對一在二層與三層間采用層間隔震措施的大型公用建筑進行了動力特性與地震響應的分析，結果表明，由于隔震層較小的剛度，結構的基本周期得到了顯著地延長，結構在地震作用下的層間剪力和層間位移響應都受到明顯抑制，下部結構減少了約三分之一，上部結構減震高達95%。

趙昕[2]采用自定義組合單元來模擬層間隔震結構有限元模型中的隔震支座，并且通過靜力作用下隔震結構內力應與無隔震結構一致以及隔震結構水平變形以應隔震層位移為主兩個方面對模型進行了檢驗，結果皆符合預期。

祁皚[3]綜合介紹了層間隔震的工作性質、獨特優勢、應用范圍等方面對層間隔震技術進行評述，提出了幾點需深入研究的難題：包括高階振型的參與作用、鞭鞘效應的處理，豎向地震的影響、隔震層的限位措施等。

高強[4]等應用有限元軟件SAP2000，對四層處設置隔震層的層間隔震6層鋼結構進行了push-over與時程分析，對比兩種分析的結果表明，兩者的位移響應十分接近，表明push-over分析結果可以準確的反應層間隔震結構的減震性能優劣。

周福霖[5]建立了層間隔震結構的雙質點與多質點模型，提出了基底剪力最小的優化目標，并且對于層間隔震的不同工作模式下的阻尼比的優化提出了建議，當其減震機理類似 TMD和基礎隔震時，存在最優阻尼比。減震效果隨著隔震層位置的降低而變好，但下部結構的加速卻有可能產生一定程度的放大。

張穎[6]對層間隔震結構兩質點簡化模型進行了能量分析，主要研究了地震能量譜輸入時其能量在結構中的傳遞與消耗。結果表明：對于隔震層以上結構，通過降低隔震頻率來實現降低其響應，但此措施對整體減震的收效甚微。增大隔震層阻尼可以降低整個結構的響應，但當阻尼增大到一定的水平后，繼續增大阻尼，上部結構的減震效果愈發不明顯。

二、國外研究現狀

M Murakami[7]對一采用層間隔震技術14層大底盤的建筑進行了地震響應時程分析，驗證了通過在下部商城與上部公寓與寫字樓之間設置隔震層，可以有效的降低結構的地震響應。

Yasuhiro Tsuneki[8]指出，一般結構為保持整體結構剛度與強度的一致通常采用一種結構形式，在高層建筑結構中設置層間隔震層，上部結構所受的地震作用減小，因此可以采用與下部不同的結構形式，不同的結構形式使建筑設計更加自由靈活，因此在層間隔震設計中應對上下結構剛度比、質量比加以考慮。

M.Kobayashi[9]對層間隔震結構進行了特征值分析與與隨機振動分析，求出了頻響函數。得出使層間隔震結構上部反應放大的原因主要是因為模態耦合，模態耦合是由于隔震層未變形的模態造成的。

M.Kohiyama[10]運用復模態疊加法與頻響函數法推導了層間隔震結構在白噪聲激勵下的層間位移與加速度響應，將公式計算結果與時程分析的結果進行對比驗證了公式的有效性。

Shiang-Jung Wang[11-12]等建立了層間隔震結構的三質點模型，得出了上下子結構的頻率與隔震結構的基本頻率和等效粘滯阻尼比的關系，表明隔震層以下結構的剛度、質量等參數的影響比隔震層以上結構的影響更大。通過反應譜分析與地震模擬振動臺試驗，得出高階模態的影響不可忽略，且高階模態的耦合會放大上部結構的加速度響應的結論。

迄今為止中外學者們對層間隔震研究已經取得了豐碩的成果。但是上述許多學者都有指出，層間隔震結構在減少上部結構反應的同時，下部結構的反應有可能會放大的現象，且隨著隔震層位置的升高，隔震效果越差，因此針對結構的特點選擇合適的隔震層剛度與阻尼等參數，或者選擇恰當的上下結構頻率比就是問題的關鍵所在。