一種新型滾動隔震支座的研究

(青島理工大學土木工程學院 山東 青島 266033)

一、引言

滾球隔震是基礎隔震的一種重要形式，是防止結構在強烈地震中遭受破壞的有效方法，可以保證人身、財產安全。國內外許多學者對滾球隔震支座進行了研究[1～5]。由于其復雜性，仍有許多技術問題需要解決。

在現有滾球基礎隔震支座的基礎上，利用形狀記憶合金，設計了一種新型滾球隔震支座，并通過理論和仿真分析，論證了該裝置的可行性。

二、SMA滾球隔震支座的構成

SMA滾球隔震支座是一種組合式隔震裝置。它由兩部分組成，一部分是帶有凹板的滾球，另一部分是連接上下鋼板的SMA絲。SMA絲設置位置可與滾球位置相對應。如圖1 所示。

圖1 SMA滾球隔震支座

采用SMA絲幫助隔震裝置在地震后恢復到正常位置，防止滾球脫出，同時具有超彈性和高阻尼特性的SMA絲可提供附加阻尼力來耗散大量的地震能量，起到了較好的隔震效果。滾球與凹板之間可涂上摩擦材料(如二硫化鉬涂層、聚四氟乙烯(PTFE)涂層等)，可增加阻尼的同時有效抑制上部結構的扭轉作用。為了保證SMA絲始終處于受拉狀態，在設計中，SMA絲需要預拉2-3%。

三、數值算例

通過實例分析了SMA滾球隔震支座的隔震效果。輸入地震波，利用Matlab編程對結構進行時程分析。

結構為4層現澆混凝土框架結構，長52.4米，寬21.0米，高19.2米。其基本性能見表1。柱截面尺寸為400×400。框架抗震等級為2級，抗震設防烈度為8度，設計地震加速度為0.20g，地震分組為第一組，場地土類別為Ⅱ類。

表1 結構參數表

隔震層采用SMA滾球隔震支座，SMA采用Niti合金絲，凹形板的半徑R=3.0m，摩擦系數μ0=0.05，以El Centro波為例，給出了在罕遇地震作用下，有、無隔震的頂層加速度時程曲線和頂層位移時程曲線。地震加速度峰值為0.40g。

隔震和非隔震結構的頂層位移和加速度對比如圖2和圖3所示。

圖2 隔震與未隔震結構頂層位移比較

圖3 隔震與未隔震結構頂層加速度比較

結果表明，安裝隔震裝置的結構比不安裝隔震裝置的結構抗震效果明顯。

四、結論

1.SMA滾球隔震支座是一種性能較好的隔震裝置，通過仿真分析驗證了其可行性。

2.在罕遇地震作用下，隔震結構的頂層加速度和層間位移都顯著減小，降低可達50%以上。