层间隔震结构的研究现状

(武汉理工大学 湖北 武汉 430070)

在上部结构某两层间设置的隔震措施被称为层间隔震，是一种新兴的结动振动被动控制技术，尤其适合竖向刚度有突变的混合结构，可以有效的减轻鞭鞘效应。国内外的学者很早就开展了关于层间隔震结构的研究，主要集中在结构减震机理、隔震层参数优化、易损性分析和试验验证等方面，取得了喜人的成果。

一、国内研究现状

徐忠根[1]等对一在二层与三层间采用层间隔震措施的大型公用建筑进行了动力特性与地震响应的分析，结果表明，由于隔震层较小的刚度，结构的基本周期得到了显著地延长，结构在地震作用下的层间剪力和层间位移响应都受到明显抑制，下部结构减少了约三分之一，上部结构减震高达95%。

赵昕[2]采用自定义组合单元来模拟层间隔震结构有限元模型中的隔震支座，并且通过静力作用下隔震结构内力应与无隔震结构一致以及隔震结构水平变形以应隔震层位移为主两个方面对模型进行了检验，结果皆符合预期。

祁皑[3]综合介绍了层间隔震的工作性质、独特优势、应用范围等方面对层间隔震技术进行评述，提出了几点需深入研究的难题：包括高阶振型的参与作用、鞭鞘效应的处理，竖向地震的影响、隔震层的限位措施等。

高强[4]等应用有限元软件SAP2000，对四层处设置隔震层的层间隔震6层钢结构进行了push-over与时程分析，对比两种分析的结果表明，两者的位移响应十分接近，表明push-over分析结果可以准确的反应层间隔震结构的减震性能优劣。

周福霖[5]建立了层间隔震结构的双质点与多质点模型，提出了基底剪力最小的优化目标，并且对于层间隔震的不同工作模式下的阻尼比的优化提出了建议，当其减震机理类似 TMD和基础隔震时，存在最优阻尼比。减震效果随着隔震层位置的降低而变好，但下部结构的加速却有可能产生一定程度的放大。

张颖[6]对层间隔震结构两质点简化模型进行了能量分析，主要研究了地震能量谱输入时其能量在结构中的传递与消耗。结果表明：对于隔震层以上结构，通过降低隔震频率来实现降低其响应，但此措施对整体减震的收效甚微。增大隔震层阻尼可以降低整个结构的响应，但当阻尼增大到一定的水平后，继续增大阻尼，上部结构的减震效果愈发不明显。

二、国外研究现状

M Murakami[7]对一采用层间隔震技术14层大底盘的建筑进行了地震响应时程分析，验证了通过在下部商城与上部公寓与写字楼之间设置隔震层，可以有效的降低结构的地震响应。

Yasuhiro Tsuneki[8]指出，一般结构为保持整体结构刚度与强度的一致通常采用一种结构形式，在高层建筑结构中设置层间隔震层，上部结构所受的地震作用减小，因此可以采用与下部不同的结构形式，不同的结构形式使建筑设计更加自由灵活，因此在层间隔震设计中应对上下结构刚度比、质量比加以考虑。

M.Kobayashi[9]对层间隔震结构进行了特征值分析与与随机振动分析，求出了频响函数。得出使层间隔震结构上部反应放大的原因主要是因为模态耦合，模态耦合是由于隔震层未变形的模态造成的。

M.Kohiyama[10]运用复模态叠加法与频响函数法推导了层间隔震结构在白噪声激励下的层间位移与加速度响应，将公式计算结果与时程分析的结果进行对比验证了公式的有效性。

Shiang-Jung Wang[11-12]等建立了层间隔震结构的三质点模型，得出了上下子结构的频率与隔震结构的基本频率和等效粘滞阻尼比的关系，表明隔震层以下结构的刚度、质量等参数的影响比隔震层以上结构的影响更大。通过反应谱分析与地震模拟振动台试验，得出高阶模态的影响不可忽略，且高阶模态的耦合会放大上部结构的加速度响应的结论。

迄今为止中外学者们对层间隔震研究已经取得了丰硕的成果。但是上述许多学者都有指出，层间隔震结构在减少上部结构反应的同时，下部结构的反应有可能会放大的现象，且随着隔震层位置的升高，隔震效果越差，因此针对结构的特点选择合适的隔震层刚度与阻尼等参数，或者选择恰当的上下结构频率比就是问题的关键所在。