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摩擦摆减隔震支座
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摩擦滑移隔震是开发应用较早的隔振技术之一,所用的摩擦材料多为沙石、石墨等廉价材料,标记经济且简单易行。摩擦滑移隔震系统通常有隔离地震作用的摩擦滑动机构和限位复位的阻尼向心机构组成,多为平面滑移隔震系统。该系统不能自动复位,一般需要另外加设复位装置,且滑动性能离散性大、不易控制,滑移量过大可能导致穿越隔震层的非结构构件破坏,甚至可能发生滑移失稳,这极大地阻碍了滑移隔震的发展。为了解决平面滑移系统不能自动复位问题,Zayas等于1985年在美国加州大学伯克利分校研发了摩擦摆隔震装置,称之为摩擦摆系统/支座(Friction Pendilum System/Bearing,简称FPS/FPB)。该装置不仅具有平面滑移隔震装置的对地震激励频率范围的低敏感性和高稳定性,特有的圆弧滑动面还使其具有复位功能,无需附设阻尼向心机构,故而在实际应用中更为简便,且增加了隔震装置的可靠度。
摩擦摆隔震支座是将传统的平面滑移隔震装置的摩擦滑移面由平面改为球面,从而可依靠自身重力自动回复。该支座主要由上、下支座板和一个铰接滑块组成。摩擦摆隔震支座嵌在滑动容腔中的铰接滑块与滑动面具有相同的曲率半径,可与滑动面完全贴合,并使上支座在支座滑动时始终保持水平。滑动面上涂有低摩擦材料,如聚四氟乙烯(特氟龙)等,可在滑动过程中耗散能量。当滑动界面受到的地震作用超过静摩擦力时,地面水平运动会促使滑动在其圆弧面内滑动,从而迫使上部结构轻微抬高,发生单摆运动。然后,支座会在自身受到的竖向荷载作用下自动回复。
摩擦摆隔震支座的水平力为滑动面摩擦力和上部结构沿滑道上升产生的恢复力的合力,而提供的恢复力使支座能依靠其承受的重力自动往中心位置回复,使地震响应得到控制,并且该支座的刚度中心有自动与隔震结构的质心重合的趋势,因而能在最大程度上消除结构的扭转运动。摩擦摆隔震支座的周期、竖向承载力、阻尼比、侧重位移和抗拉力等指标可以进行单独控制,该特性十分便于设计人员对隔震系统进行优化设计。

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