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摩擦摆减隔震支座是什么?优点有哪些?工作原理介绍

作者:hbmtza2020 发布日期:2020-03-05 09:19:49 关注次数:674

摩擦摆减隔震支座是什么?

1985年美国地震保护体系(EPS)公司首次提出利用钟摆原理来设计减隔震支座的思想,并研制出实际第一台摩擦摆式减隔震支座。该支座刚开始在房屋建筑方面得到大量应用,最后才开始在桥梁和大型储油罐等结构上面使用,并取得不俗的效果。摩擦摆式减隔震支座本质上不光是一种摆式减隔震支座,也是一种滑动摩擦支座,它是在利用2个曲面的摩擦来实现支座的减隔震功能的前提下,也依靠钟摆机理来延长下部结构的自振周期,进而达到减小地震力的效果,如图1-7所示。

摩擦摆式减隔震支座

由于摩擦摆式减隔震支座是一种兼顾滑动摩擦耗能和钟摆原理的减隔震支座,在通过摩擦减轻结构振动能量的同时,也能降低结构的自振周期,避免结构在地震波作用下产生共振现象。同时,摩擦摆式减隔震支座结构较小,因此在世界各地迅速得到广泛使用,欧洲的德国及意大利等桥梁构件厂家后续大力跟进研究,并取得不俗成果。与传统抗震橡胶支座相比,摩擦摆支座各项性能均更加优异,具体表现为承载力高、阻尼比大。与钢阻尼支座相比,摩擦摆减隔震支座具有重量轻,复位能力强等特点。正因为摩擦摆减隔震支座结合了普通橡胶支座与钢阻尼支座的共同优点,所以,摩擦摆减隔震支座将是未来几年内减隔震支座领域应用量较多的一款产品,

摩擦摆减隔震支座的工作性能及原理

摩擦摆式减隔震支座以单摆的工作原理为重要依据,利用本身巧妙的构造特性起到减隔震作用,核心想法是在地震作用下支座的上下部分可以在接触面(曲面)上自由的摆动,自重作用下支座有自恢复的效应。在地震作用较小时,可依靠上部结构自重与桥梁直接的静摩擦力来保证桥梁的稳定性;而在较大地震作用下时,支座上下部分可以在接触面(曲面)上产生滑动,使桥梁上部结构所受到的地震力不会再传递到下部结构,从而达到减隔震的效果。摩擦摆隔震装置是通过造成结构频移和滞回耗能来保护结构的,其恢复力由摩擦面的曲率半径决定,可以通过调整曲率半径调整频移幅度,摩擦面的滑动形状决定了滞回系统的耗能情况,其恢复力模型见图2。

摩擦摆减隔震支座恢复力模型

摩擦摆式减隔震支座的基本力学特征如下:

摩擦摆式减隔震支座的隔震周期为:

image.png

摩擦摆式减隔震支座的本质是非线性的,但是可以用等效线性的方法计算得到支座的等效线性刚度和等效黏滞阻尼比。

摩擦摆式减隔震支座的等效刚度为:

image.png

式中,R为第一滑动面的曲率半径,g为重力加速度,W为上部结构荷载,u为动摩擦系数(一般可取0.01~0.06,通长取0.05),d,为屈服水平位移(一般可取2.5mm),D为极限位移。由以上可见,摩擦摆式支座的设计参数主要有:

支座竖向反力W、预设各种周期T、球面的曲率半径R、支座最大地震位移D和滑动面摩擦系数u等。在支座设计时,首先根据支座竖向反力W确定支座球面滑动面的平面尺寸,预设隔震周期T通长是结构自振周期的一倍以上,通过预设隔震周期T就可以计算出球面的曲率半径R。

摩擦摆减隔震支座的优点

从制造成本角度来看,摩擦摆减隔震支座技术具有造价低、施工简单的特点;从力学性能方面来说,摩擦摆减隔震支座技术具有很强的承载能力、良好的稳定性、复位功能和抗平扭能力,在实际工程中已经得到广泛使用,并在实际地震中表现出良好的减隔震效果。由于摩擦摆式减隔震支座具有安装方便、造价低廉及隔震性能突出的特点,自从被提出以来就一直受到国内外众多研究者的关注。

摩擦摆式减隔震支座是一种经过大量技术改进和试验验证而得到新型摩擦摆减隔震支座。该支座结构是一种介于摩擦单摆和等直径摩擦复摆之间的结构,该类型产品解决了单摆结构上下座板尺寸差异大、支座选型安装困难、等直径复摆密封困难的问题。同时该支座采用了新的摩擦材料,在保证材料磨耗性能的前提下,提高了材料的摩擦系数,增大地震过程中支座对地震能量的消耗能力,进而延长桥梁的振动周期,减小桥梁上部结构对地震振动的响应响应,有效减小桥墩顶位移及墩底弯矩,减小桥墩尺寸及桩基数量,大大降低了工程造价。

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