摩擦擺隔震支座的案例
【劃重點與簡析】建筑隔震設(shè)計標準（GB/T 51408-2021）
6.3.18 剪力墻隔震結(jié)構(gòu)應(yīng)當注意在設(shè)置隔震層時，抗震墻和開洞抗震墻下應(yīng)設(shè)置轉(zhuǎn)換梁，需注意相關(guān)構(gòu)造要求。
6.3.20-2 上部結(jié)構(gòu)底層不應(yīng)采用偏心支撐，宜采用屈曲約束支撐（BRB）或中心支撐 。隔震結(jié)構(gòu)抗震計算時，鋼框架一支撐結(jié)構(gòu)的框架部分按剛度分配計算得到的地震層剪力應(yīng)乘以調(diào)整系數(shù)，達到不小于上部結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的25%和框架部分計算最大層剪力1.8倍二者的較小值。（6.3.22）
7.1.2 大跨屋蓋建筑中的隔震支座宜采用隔震橡膠支座、摩擦擺隔震支座或彈性滑板支座。采用其他隔震支座時，應(yīng)進行專門研究 。
7.1.3 大跨屋蓋結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)溫度變形引起的隔震支座和隔震層各裝置的變形。地震效應(yīng)應(yīng)進行三向地震輸入的時程分析（7.1.4）。地震作用的荷載效應(yīng)組合應(yīng)計入環(huán)境溫度的影響，溫度作用的荷載組合分項系數(shù)可取 0.4。（7.3.3）
9 核電廠建筑相關(guān)要求較普通結(jié)構(gòu)要求更高，主要在支座性能檢測、支座驗算限值、地震作用效用（三向）、隔震縫寬度取值、上部結(jié)構(gòu)層間位移角、地震監(jiān)測與預(yù)警等方面。
10 加固結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)抗震措施，根據(jù)底部剪力比及相應(yīng)地震烈度確定。詳見加固規(guī)范。
展開 【04】入門彈性滑板支座（ESB）產(chǎn)品、原理與設(shè)計（第2篇）--不同軟件的模擬方式
彈性滑板隔震支座在不同軟件中的模擬
彈性滑板支座關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)：豎向剛度、水平初始剛度、動摩擦系數(shù)
ETABS
注意事項：
U1方向默認為非線性屬性，為一個GAP單元，只受壓不受拉。
阻尼系數(shù)r由下式計算所得，其中C1為結(jié)構(gòu)阻尼比，k1為隔震支座豎向剛度，m為重力荷載下隔震支座的軸力W/g，阻尼系數(shù)可以模擬在豎向提供一定阻尼力，耗散部分高頻成分。若簡化計算，可填一個較小值。
慢摩擦系數(shù)為靜摩擦系數(shù)（零速度時的摩擦系數(shù)），快摩擦系數(shù)為動摩擦系數(shù)（高速時的摩擦系數(shù)），動摩擦系數(shù)與速率參數(shù)相關(guān)。為簡化分析，靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)取值相同，此時速率參數(shù)將失效。
當為彈性滑板支座時，凈擺半徑取值為0。
SAUSAGE
PKPM
YJK
備注：線性屬性用于線性工況，如模態(tài)分析、反應(yīng)譜分析、線性靜力分析等，線性屬性對周期有影響，進而影響阻尼力。YJK和PKPM針對隔震支座的有效剛度有三種方法：1. 選擇手動輸入（采用輸入的等效線性屬性）、2. 反應(yīng)譜迭代確定、3. 自動采用彈性時程計算結(jié)果。
彈性滑板隔震支座在分析時的注意事項
分析時，須先對結(jié)構(gòu)施加重力荷載作為初始重力工況，再開展時程分析，因為彈性滑板支座的受力性能與豎向荷載相關(guān)性較大；
對需要考慮豎向地震的結(jié)構(gòu)需要重視其影響；
于彈性滑板支座，橡膠支座部及滑移材料的壓應(yīng)力限值均應(yīng)滿足表4.6.3的規(guī)定；
彈性滑板支座在地震作用下水平位移不應(yīng)大于其產(chǎn)品水平極限位移的 0.75倍。特殊設(shè)防類結(jié)構(gòu)，極罕遇地震作用下，彈性滑板支座在地震作用下水平位移不應(yīng)大于其產(chǎn)品水平極限位移；
彈性滑板支座無水平恢復(fù)力，需與橡膠支座組合使用。
展開 建筑隔振(震)器-彈簧支座設(shè)計計算
在實際工程中常用的疊層橡膠支座、摩擦擺隔震支座、摩擦滑移隔震支座、滾動隔震支座等由于豎向剛度很大，對豎向震動沒有隔震效果。彈簧隔震支座利用豎向彈簧減小上部結(jié)構(gòu)在豎向地震下的動力響應(yīng),從而起到隔震效果,如圖3所示。為了耗散豎向地震能量,往往還需要設(shè)置豎向阻尼器。
圖 3彈簧隔震支座
2. 設(shè)計荷載及有限元模型
通過對建筑的隔震設(shè)防計算得到隔振層處隔震支點的荷載如下表1所示。
以設(shè)防烈度荷載值作為彈簧載荷依據(jù)，隔振器彈簧設(shè)計參數(shù)如下表所示。
板材材料為Q355D，抗拉強度>500Mpa，屈服強度>355Mpa。
彈簧材料為40SiMnVBE，彈簧抗拉強度>1900Mpa，彈簧屈服強度>1700Mpa。
圖 4隔振器有限元模型
隔振器設(shè)計計算時選用一下荷載工況進行計算。
3. 分析結(jié)果
3.1 工況1
圖 5下板vonMises應(yīng)力
圖 6下板最大切應(yīng)力
圖 7上板vonMises應(yīng)力
圖 8上板最大切應(yīng)力
計算得到理論切應(yīng)力為699Mpa，誤差為10.5%。理論值與有限元結(jié)果很接近。同時分析彈簧簧絲內(nèi)圈應(yīng)力較大的原因是因為內(nèi)圈曲率較小， 存在一定的應(yīng)力集中導(dǎo)致。
3.2 工況2
圖 11下板vonMises應(yīng)力
圖 12下板最大切應(yīng)力
圖 13上板vonMises應(yīng)力
圖 14上板最大切應(yīng)力
4. 結(jié)論
本文僅列出了設(shè)計計算的兩個工況，工作荷載和地震荷載。兩種工況下隔振器的彈簧和上下板均有一定的安全裕度。
仿真采用設(shè)備基體情況：
CPU：Intel(R) Xeon(R) W-3175X CPU @ 3.10GHz (28核)
內(nèi)存（RAM）：192GB
模型耗時情況：每個工況耗時：0.5h。
5.模型文件
spring.rar
展開 建筑結(jié)構(gòu)丨清華大學教授潘鵬：地鐵周邊建筑三維隔振技術(shù)研究
主要講述了項目概況、支座的布置應(yīng)用、豎向振動檢測、非隔振情況模擬對比等。
五、總結(jié)
結(jié)論如下：
1、 三維隔震（振）支座開發(fā)。開發(fā)了橡膠-雙摩擦擺三維隔震（振）支座（ 3D-RFPS ），以厚疊層橡膠單元進行豎向隔振，雙曲面摩擦擺單元進行水平隔震。具有承載力大，變形能力強和豎向與水平解耦的特點。
2、 豎向隔振性能。使用3D-RFPS 支座的三維隔震（振）結(jié)構(gòu)，在軌道交通豎向振動作用下，上部結(jié)構(gòu)的豎向振動加速度Z振級減小5.2~16.7dB。豎向隔振性能良好。
3、 水平隔震性能。使用3D-RFPS 支座的三維隔震（振）結(jié)構(gòu)，在三向罕遇地震作用下，上部水平向峰值加速度減小約70%。水平隔震性能良好。三維隔震（振）結(jié)構(gòu)的豎向地震響應(yīng)被放大約15%。三維隔震（振）支座通過水平滑動可以有效降低結(jié)構(gòu)在地震作用下可能出現(xiàn)的搖擺響應(yīng)。
4、工程應(yīng)用。3D-RFPS 支座已應(yīng)用于北京地鐵16號線北安河車輛段上蓋項目中。采用三維隔震（振）技術(shù)的辦公樓經(jīng)實測，樓內(nèi)全部10個測點的平均Z振級在63~69dB，均不超過72dB，滿足相關(guān)規(guī)范的舒適性要求。
責任編輯：左丹丹
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【02】建筑結(jié)構(gòu)隔震層隔震支座布置原則
04建筑工程減隔震技術(shù)規(guī)程DB11/2075-2022、DB54/T 0268-2022
隔震層可由隔震支座、阻尼裝置和抗風裝置組成，阻尼裝置和抗風裝置可與隔震支座合為一體或者單獨設(shè)置，必要時可設(shè)置限位裝置；
隔震層剛度中心宜與上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心重合；
隔震支座的平面布置宜與上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)中豎向受力構(gòu)件的平面位置相對應(yīng);隔震支座底面宜布置在相同標高位置上，必要時也可布置在不同的標高位置上，但應(yīng)采取有效措施保證隔震支座共同工作,且罕遇地震作用下,相鄰隔震層的層間位移角不應(yīng)大于1/1000；
同一結(jié)構(gòu)選用多種規(guī)格的隔震支座時,應(yīng)充分發(fā)揮每個隔震支座的承載力和水平變形能力，所有隔震裝置的豎向變形應(yīng)基本一致；橡膠類支座不宜與摩擦擺等鋼支座在同一隔震層中混合使用；
同一支承處選用多個隔震支座時，隔震支座之間的凈距應(yīng)大于安裝和更換時所需的空間尺寸；
設(shè)置在隔震層的抗風裝置宜對稱、分散地布置在建筑物的周邊；
隔震層采用摩擦擺隔震支座時，應(yīng)考慮支座水平滑動時產(chǎn)生的豎向位移，及其對隔震層和結(jié)構(gòu)的影響；
當隔震層采用隔震支座和消能器時，應(yīng)使隔震層在地震后基本恢復(fù)原位，隔震層在罕遇地震作用下的水平最大位移所對應(yīng)的恢復(fù)力，不宜小于隔震層屈服力與摩阻力之和的1.2倍。
05建筑工程減隔震技術(shù)規(guī)程DG/TJ 08-2326-2020
隔震層在罕遇地震下應(yīng)保持穩(wěn)定，不宜出現(xiàn)不可恢復(fù)的變形；其橡膠支座在罕遇地震的水平和豎向地震作用下，拉應(yīng)力不應(yīng)大于1.0 MPa，上海地區(qū)Ⅲ、IⅣ類土不宜超過0.5MPa。
山東、四川、陜西等地對要求均基本一致
Statement聲明
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展開 【JY】橡膠系支座/摩擦系支座全面解析
但是橡膠支座水平剛度雖然穩(wěn)定，但是決定隔震動力性能的需要包含結(jié)構(gòu)質(zhì)量，才可得到整體隔震結(jié)構(gòu)的周期。
這點會影響到什么呢？
例如結(jié)構(gòu)周期需求為4s，由于結(jié)構(gòu)太輕而勉強選擇LRB200達到周期需求，這一定是不滿足位移要求的，該支座在罕遇地震的最大變形限制250%只有100mm，遠不足性能要求。
當結(jié)構(gòu)非常輕，而隔震周期又需要比較長，此時選擇橡膠支座是無法滿足設(shè)計要求的。應(yīng)更改其他支座，例如彈簧支座、摩擦擺支座。
摩擦擺支座的擺動周期(類似鉛芯橡膠支座屈服后周期)，雖然與質(zhì)量無關(guān)，僅僅與擺動半徑有關(guān)，但是
摩擦擺的摩阻力(類似鉛芯橡膠支座的屈服力)和豎向軸力、變形速度相關(guān)，這就導(dǎo)致了摩擦擺支座是高度非線性支座，動力穩(wěn)定性能比較復(fù)雜。
兩類支座，實際工作下橡膠隔震支座更容易進行動力描述，而且與實際情況更容易吻合。如下分析，鉛芯橡膠支座(藍色)和摩擦擺支座(紅色)進行0.6g輸入，考慮豎向耦合時，鉛芯橡膠支座更為穩(wěn)定。
展開 國內(nèi)最高最長空中“回”形全鋼廊橋合龍
此次全面貫通成型的空中“回”形廊橋是由20榀雙向鋼連廊組成，跨度從25.5米至76.5米不等，鋼構(gòu)件總重量逾10000噸，使用等級最高的全熔透一級焊縫進行拼裝固定，并采用目前世界最先進的摩擦擺支座減隔震技術(shù)，連廊可抗8級地震、10級大風，耐火極限達3小時。
項目部自2018年3月25日起開始提升，由于鋼連廊數(shù)量多、重量大、跨度長、安裝高度高、下部拼裝區(qū)域工況各異等情況，項目首創(chuàng)多階次拼裝、滑移、提升相結(jié)合的技術(shù)，利用液壓同步計算機控制系統(tǒng)及超大型液壓同步提升、滑移設(shè)備，耗時396個小時，完成20榀鋼連廊提升施工，創(chuàng)國內(nèi)高層建筑鋼連廊提升數(shù)量之最。
拼裝
提升
綠色走廊，亮化城市空中色彩
踐行國家新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略，打造生態(tài)環(huán)保項目，蘊含綠色生態(tài)理念的中建·光谷之星項目應(yīng)運而生。
展開 ABAQUS板式橡膠支座高架橋抗震計算研究
2.2.3 疲勞壽命測試結(jié)果
根據(jù)上述分析，支座的使用壽命有關(guān)于應(yīng)變變化幅度，在重載汽車經(jīng)過橋梁時，支座膠層和鋼板結(jié)合邊緣主拉應(yīng)變即產(chǎn)生一次變化過程，形成一次疲勞循環(huán)。假設(shè)ΔP=Pmax-Pmin。
式中:在車輛經(jīng)過橋梁時產(chǎn)生平均壓變力變化幅度用ΔP表示;在車輛經(jīng)過橋梁時的最大荷載力下的平均壓變力用Pmax表示;支座在橋梁恒載作用力下平均壓變力用Pmin表示。
根據(jù)上述公式在已得知鋼板和膠層結(jié)合邊緣處壓應(yīng)力為零，這時實際純剪切應(yīng)力狀態(tài)，近似根據(jù)應(yīng)力及應(yīng)變在線彈性范圍內(nèi)形成對應(yīng)關(guān)系，求解制作疲勞循環(huán)次數(shù)，大致預(yù)估疲勞壽命。根據(jù)上述過程可以發(fā)現(xiàn)，在形狀系數(shù)變小時，疲勞壽命會縮減。根據(jù)本次設(shè)計橋梁實例，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計不同使用時間下的支座，分別取5mm和8mm膠層厚度兩種支座進行疲勞壽命估算。
在測試估算疲勞壽命時，不考慮輕型車輛影響，僅僅考慮重載車輛影響，在車輛經(jīng)過時計算支座反力不考慮橋梁橫向變形影響，使用本次計算方法完成測試，發(fā)現(xiàn)主要由于支座形狀系數(shù)對橡膠層與鋼板連接邊緣位置的剪應(yīng)力集中現(xiàn)象有很大影響。主拉應(yīng)變的變化幅度會隨之變化，制作的疲勞壽命取決于主拉應(yīng)變的變化幅度，因此所致疲勞壽命隨著使用期限的增加，發(fā)生橡膠支座外鼓、裂紋現(xiàn)象。
3 結(jié)束語
此次研究設(shè)計了一種板式橡膠支座高架橋抗震計算方法，降低了地震響應(yīng)計算值與實測值的偏差。但此次設(shè)計方法仍存在一定不足，在今后的研究中，會考慮高架橋的非線性影響，記錄相同的地震動輸入，擴大抗震計算方法的應(yīng)用范圍。
參考文獻
[1] 李健，邵長江．摩擦擺支座隔震連續(xù)梁橋抗震分析的簡化計算方法[J]．鐵道建筑，2019(6):10-13.
[2] 向大峰．連續(xù)梁拱橋抗震性能研究[J]．四川建筑，2019(3):180-181+184.
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