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摩擦擺球型支座

摩擦擺球型支座

摩擦滑移隔震是開發應用較早的隔振技術之一,所用的摩擦材料多為沙石、石墨等廉價材料,標記經濟且簡單易行。摩擦滑移隔震系統通常有隔離地震作用的摩擦滑動機構和限位復位的阻尼向心機構組成,多為平面滑移隔震系統。該系統不能自動復位,一般需要另外加設復位裝置,且滑動性能離散性大、不易控制,滑移量過大可能導致穿越隔震層的非結構構件破壞,甚至可能發生滑移失穩,這極大地阻礙了滑移隔震的發展。為了解決平面滑移系統不能自動復位問題,Zayas等于1985年在美國加州大學伯克利分校研發了摩擦擺隔震裝置,稱之為摩擦擺系統/支座(Friction Pendilum System/Bearing,簡稱FPS/FPB)。該裝置不僅具有平面滑移隔震裝置的對地震激勵頻率范圍的低敏感性和高穩定性,特有的圓弧滑動面還使其具有復位功能,無需附設阻尼向心機構,故而在實際應用中更為簡便,且增加了隔震裝置的可靠度。

摩擦擺隔震支座是將傳統的平面滑移隔震裝置的摩擦滑移面由平面改為球面,從而可依靠自身重力自動回復。該支座主要由上、下支座板和一個鉸接滑塊組成。摩擦擺隔震支座嵌在滑動容腔中的鉸接滑塊與滑動面具有相同的曲率半徑,可與滑動面完全貼合,并使上支座在支座滑動時始終保持水平?;瑒用嫔贤坑械湍Σ敛牧?,如聚四氟乙烯(特氟龍)等,可在滑動過程中耗散能量。當滑動界面受到的地震作用超過靜摩擦力時,地面水平運動會促使滑動在其圓弧面內滑動,從而迫使上部結構輕微抬高,發生單擺運動。然后,支座會在自身受到的豎向荷載作用下自動回復。

摩擦擺隔震支座的水平力為滑動面摩擦力和上部結構沿滑道上升產生的恢復力的合力,而提供的恢復力使支座能依靠其承受的重力自動往中心位置回復,使地震響應得到控制,并且該支座的剛度中心有自動與隔震結構的質心重合的趨勢,因而能在最大程度上消除結構的扭轉運動。摩擦擺隔震支座的周期、豎向承載力、阻尼比、側重位移和抗拉力等指標可以進行單獨控制,該特性十分便于設計人員對隔震系統進行優化設計。

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