一种新型滚动隔震支座的研究

(青岛理工大学土木工程学院 山东 青岛 266033)

一、引言

滚球隔震是基础隔震的一种重要形式，是防止结构在强烈地震中遭受破坏的有效方法，可以保证人身、财产安全。国内外许多学者对滚球隔震支座进行了研究[1～5]。由于其复杂性，仍有许多技术问题需要解决。

在现有滚球基础隔震支座的基础上，利用形状记忆合金，设计了一种新型滚球隔震支座，并通过理论和仿真分析，论证了该装置的可行性。

二、SMA滚球隔震支座的构成

SMA滚球隔震支座是一种组合式隔震装置。它由两部分组成，一部分是带有凹板的滚球，另一部分是连接上下钢板的SMA丝。SMA丝设置位置可与滚球位置相对应。如图1 所示。

图1 SMA滚球隔震支座

采用SMA丝帮助隔震装置在地震后恢复到正常位置，防止滚球脱出，同时具有超弹性和高阻尼特性的SMA丝可提供附加阻尼力来耗散大量的地震能量，起到了较好的隔震效果。滚球与凹板之间可涂上摩擦材料(如二硫化钼涂层、聚四氟乙烯(PTFE)涂层等)，可增加阻尼的同时有效抑制上部结构的扭转作用。为了保证SMA丝始终处于受拉状态，在设计中，SMA丝需要预拉2-3%。

三、数值算例

通过实例分析了SMA滚球隔震支座的隔震效果。输入地震波，利用Matlab编程对结构进行时程分析。

结构为4层现浇混凝土框架结构，长52.4米，宽21.0米，高19.2米。其基本性能见表1。柱截面尺寸为400×400。框架抗震等级为2级，抗震设防烈度为8度，设计地震加速度为0.20g，地震分组为第一组，场地土类别为Ⅱ类。

表1 结构参数表

隔震层采用SMA滚球隔震支座，SMA采用Niti合金丝，凹形板的半径R=3.0m，摩擦系数μ0=0.05，以El Centro波为例，给出了在罕遇地震作用下，有、无隔震的顶层加速度时程曲线和顶层位移时程曲线。地震加速度峰值为0.40g。

隔震和非隔震结构的顶层位移和加速度对比如图2和图3所示。

图2 隔震与未隔震结构顶层位移比较

图3 隔震与未隔震结构顶层加速度比较

结果表明，安装隔震装置的结构比不安装隔震装置的结构抗震效果明显。

四、结论

1.SMA滚球隔震支座是一种性能较好的隔震装置，通过仿真分析验证了其可行性。

2.在罕遇地震作用下，隔震结构的顶层加速度和层间位移都显著减小，降低可达50%以上。