我国基础滑移隔震的发展与研究

王 晴 晴

(安徽理工大学土木建筑学院，安徽 淮南 232001)

我国基础滑移隔震的发展与研究

王 晴 晴

(安徽理工大学土木建筑学院，安徽 淮南 232001)

简要介绍了基础隔震结构的概念，从理论研究与试验研究两个方面对国内基础滑移隔震的发展与研究做了综合论述，并对以后国内滑移隔震技术的研究进行了展望，有利于促进滑移隔震技术的发展。

摩擦滑移隔震，理论研究，试验研究，结构

0 引言

基础隔震结构由上部结构、隔震装置及下部结构三部分构成，隔震原理如图1所示。在建筑的上部结构和基础之间设置隔震装置形成隔震层，使上部结构和地震动的水平成分相绝缘，延长自振周期，增加结构阻尼，减少建筑结构的加速度反应，而结构的位移则主要集中于隔震层，上部结构相对位移很小，结构整体基本处于安全的弹性状态，建筑物不会破坏或倒塌。

1 摩擦滑移隔震系统的研究概况

摩擦滑移隔震系统主要包括滑移支承元件和限位消能元件两部分。滑移支承元件除了承担上部结构的全部重量，并承受上部结构与地基基础之间的相对水平位移，还延长了建筑结构物的自振周期，从而有效的降低建筑结构的地震动反应。滑移支承元件是在摩擦滑移隔震体系中起关键作用的重要装置，而限位装置只负责提供水平恢复力。滑移隔震体系彻底克服了传统结构“硬抗”式的抗震方法。

基础滑移隔震的概念最早是在1881年由日本的河合浩藏提出的，他的设想是，先在地基上纵横交错放置几层圆木，再在圆木上浇筑混凝土作基础，最后在混凝土基础上盖房，以此来降低地震能量向建筑物的传递[1]。

我国对隔震技术的研究开始于20世纪80年代。在1976年唐山大地震中，受地震灾害较轻的是那些钢筋混凝土框架与基础不相连的房屋建筑，李立从这种现象中得到了启发，提出砂垫层隔震的方法，就是在地基与底部圈梁之间垫一层筛选过的砂，在地震发生时，可以使上部结构与地基基础产生一定的相对滑动，限制地基向上部结构传力。这是我国最早的有关滑移隔震的理论。随后，滑移隔震技术的研究在我国广泛开展。

1.1 理论研究

1980年，冶金部建筑科学研究总院的刘德馨、李立与清华大学的陈聃教授都提出了滑动摩擦隔震系统的分析模型和非线性反应谱[2]。熊仲明[3，4]通过对多自由度滑移隔震结构的等代模型的分析，提出了滑移隔震结构能量分析的简化计算方法。

樊剑对滑移隔震结构的动力特性及地震反应进行了研究，提出了连续性指数摩擦力模型，对隔震性能的各种影响因素进行了分析。东南大学的毛利军、李爱群研究了基于STATEFLOW和SIMULINK的基础滑移隔震系统的仿真非线性分析，提出了基础滑移隔震的结构基本体系和振型分解反应谱法。

由于摩擦滑移隔震结构在地震动的作用下将产生位移残余，在大震、余震或多次地震作用下，结构可能会与基坑相互碰撞，樊剑建立了滑移隔震结构与基坑相互碰撞的运动方程，分析了各主要因素对运动的影响。河南科技大学的侯中华对纯摩擦滑移隔震结构体系的地震动反应和位移进行了分析研究，在建立了基础隔震结构动力反应方程的基础之上，分析了纯摩擦滑移隔震结构体系中摩擦因数的变化对结构隔震效果的影响。

华中科技大学的魏俊杰分析在近断层地震作用下摩擦滑移隔震体系的动力响应。江宜城对基础隔震结构和多层框架隔震结构的地震扭转反应进行了研究，建立了地震作用下多层框架隔震结构扭转反应的运动方程，计算了基础隔震结构的地震扭转反应和结构模型不同偏心的地震反应,对存在扭转变形的建筑结构来说,随着偏心的增大，结构模型的扭转变形也增大。李宏男研究了结构偏心对基础隔震结构地震反应的影响，探讨了上部结构偏心、隔震层偏心、场地条件等因素对于隔震结构地震反应的影响，提出了计算偏心隔震结构转动方向地震作用的简化计算公式，为计算偏心隔震结构的地震作用提供了简便、快捷和准确的方法。王建强等对多层基础滑移摩擦隔震结构进行了在水平双向地震作用下的平—扭耦联地震反应分析，研究了上部结构的偏心、抗扭刚度和隔震层的偏心、抗扭刚度对建筑结构的地震反应的影响。

熊仲明就多层房屋滑动抗倾覆稳定性的判定条件进行了讨论，提出了多质点结构隔震体系的自身稳定条件。王伟刚在考虑动力影响的情况下研究了隔震结构的抗倾覆问题，分析了隔震结构在水平地震作用下的受力状态和影响隔震结构倾覆的条件。李宏男采用Newmark-β法，研究了场地条件、上部结构刚度、隔震层刚度、橡胶垫设置方式、竖向地震动以及地震动峰值等因素对隔震结构高宽比限值的影响。杜永峰对双向地震激励下和近断层脉冲型地震动下的隔震结构抗倾覆特性进行了数值分析和研究。

以上是近几年来我国地震工作者对滑移隔震体系所进行的理论方面的研究。

1.2 试验研究

砖混结构在我国民用建筑中广泛地被使用，但这种结构的抗震能力较差，为此，韦定国采用基底滑移隔震的方法，以砖混结构为研究对象，对无特殊构造措施的大开间模型砖房进行地震振动台试验模拟，结果表明，采用基底滑移隔震措施能大幅度的减小上部结构的地震反应，且选择滑移材料时，须综合考虑隔震期望与摩擦系数之间的关系。东南大学的张文芳对九层砖混滑移隔震结构进行了振动台模拟试验研究，并与非隔震结构作比较，归纳总结了基础滑移隔震砌体房屋结构的工程设计方法。

荣强等通过滑移隔震支座的模拟试验，探讨了静、动摩擦系数的变化趋势以及滑动摩擦系数的各项影响因素，对滑移隔震支座的恢复力特性做了研究。姚谦峰对滑移隔震结构的振动特性进行了试验验证，并分析了上部结构偏心距和隔震系统偏心距对滑移隔震结构扭转反应的影响，研究结果表明，隔震技术可以大大的降低隔震结构的扭转反应。

目前，许多学者致力于新型滑移隔震体系以及新型隔震材料和限位装置的研究。张文芳等以满足各种参数配置及工程应用要求为目的，设计了一种新型的全密封锁位型摩擦阻尼隔震支座。曹万林等提出了一种适用于农村的新型基础滑移隔震的砌体结构，实验表明，这种结构工作可靠，可显著减小上部结构的地震作用。熊仲明等用聚四氟乙烯—钢板作滑移支承元件，以软钢U形带片为限位消能元件提出了一种适用于框架结构的新型滑移隔震体系，克服了传统的滑移隔震限位装置容易增加上部结构的地震响应的缺陷。

砂垫层是目前国内最经常采用的一种滑移隔震垫层材料。窦远明通过砂垫层隔震性能的振动台试验研究，证实随着砂垫层密实度的增加，减振效果有所减小。输入El-Centro波时，随着砂垫层厚度的增加，结构减振效果逐渐增强。赵少伟也在振动台试验研究中发现，单一粒径的隔震效果比连续级配的隔振效果要好，无论何种粒径，随着隔震垫层厚度的增加，结构减振率有所增加。但采用砂垫层后，建筑物的地震反应并不能消除，仍对建筑物产生影响，且砂垫层没有复位功能，地震后残余位移量较大。由于橡胶具有较好的弹性性能和抗疲劳性能，在此基础上，尚守平提出将橡胶粒作为一种隔震材料，并对橡胶颗粒—砂混合物的动剪切模量进行了试验，研究结果表明，橡胶颗粒的加入可以有效地降低砂—橡胶颗粒混合材料的动剪切模量。

2 问题与展望

我国对基础摩擦滑移隔震技术做了较多的理论和实验方面的研究，证实了滑移隔震技术的有效性，但仍存在需要解决的问题。

现有的隔震装置有的造价过高，不利于在实际应用中的推广，需研发新型的造价低廉的滑移隔震装置。如何将隔震性能优良的隔震技术应用到实际工程中，也是目前亟需解决的重要问题。

砂与橡胶粒混合隔震垫层作为一种造价低、隔振效果良好的隔震装置，值得深入探讨。为使隔振效果最优，混合隔震垫层中砂与橡胶粒的配合比应为多少，还有隔震垫层的厚度问题也值得研究。

另外，在我国河南、新疆、云南、山西、陕西等地已经相继建成滑移隔震试点建筑，陕西、辽宁颁布了《滑移隔震建筑标准》等地方性标准。《中国建筑抗震设计规范》中也仅仅是对采用应用相对较广的叠层橡胶隔震支座的建筑结构隔震系统做了相关的规定。所以对于采用其他类型的基础隔震体系还需进一步的研究，以使这类隔震结构的设计达到标准化，利于推广应用。

[1] 唐家祥,刘再华.建筑结构基础隔震[M].武汉:华中理工大学出版社,1993.

[2] 苏经与，曾德民.我国建筑结构隔震技术的研究与应用[J].地震工程与工程震动，2001,21(4)：94-101.

[3] 熊仲明，张萍萍，韦 俊，等.滑移隔震结构基于能量分析的简化计算研究[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2012,44(3):305-309.

[4] 熊仲明,史庆轩，李菊芳.框架结构基于能量地震反应分析及设计方法的理论研究[J].世界地震工程,2005,121(2):141-146.

The development and research on our base sliding isolation

Wang Qingqing

(CivilEngineeringandArchitectureSchool,AnhuiUniversityofScienceandTechnology,Huainan232001,China)

This paper briefly introduced the concept of base isolated structure, from theoretical and test research two aspects comprehensive discussed the development and research of domestic base sliding isolation, prospected future domestic sliding isolation technology research, was conducive to promoting the development of sliding isolation technology.

friction sliding isolation, theoretical research, test research, structure

2015-01-12

王晴晴(1988- )，女，在读硕士

1009-6825(2015)09-0032-02

TU352.1

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