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摩擦擺隔震支座等效阻尼比與滑移量、摩擦系數(shù)的關(guān)系

摩擦擺隔震支座是一種干摩擦滑移隔震支座，作為建筑結(jié)構(gòu)和橋梁的隔震器，受到了較為廣泛的關(guān)注。其特有的圓弧滑動(dòng)面具有自動(dòng)復(fù)位功能，從而可以限制隔震支座的位移，使其震后恢復(fù)原位，增加了隔震裝置的可靠度。

目前，歐洲、美國(guó)、日本和我國(guó)均在橋梁抗震規(guī)范中采用了隔震設(shè)計(jì)。在等教靜力分析方法、單自由度反應(yīng)譜法、多自由度反應(yīng)譜法中。若等效剛度、等效阻尼比取值適當(dāng)，可得到滿意的設(shè)計(jì)結(jié)果。由于摩擦擺隔震支座的非線性特性，在分析開(kāi)始時(shí)設(shè)計(jì)位移是未知的，因而其等效剛度、等效阻尼比也是未知的。為得到滿意的結(jié)果，等效阻尼比的取值極為重要。

由于摩擦擺隔震支座軸對(duì)稱，施加的位移載荷為水平單向，可利用支座的對(duì)稱性取二分之一模型進(jìn)行研究．在對(duì)稱面上施加對(duì)稱載荷。上支座板與滑塊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)球形鉸，它的主要功能是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整位置，使支座不發(fā)生傾覆，故應(yīng)約束上支座板的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。在模擬試驗(yàn)機(jī)加載時(shí)，約束支座底面的所有自由度，對(duì)上支座板施加水平正弦位移載荷。在模擬地震載荷時(shí)，支座的底面僅需約束豎直方向的自由度。地震激勵(lì)直接施加在支座底部。

摩擦擺隔震支座在循環(huán)加載下形成的滯回曲線直觀地反映了支座的耗能機(jī)理。當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)中存在非黏性阻尼時(shí)，通常用一個(gè)等效黏性阻尼系數(shù)t來(lái)進(jìn)行近似計(jì)算。等效黏性阻尼系數(shù)的值是通過(guò)單個(gè)周期內(nèi)非黏性阻尼所消耗的能量E和等效黏性阻尼所消耗的能量肜，相等的原則計(jì)算得出。

摩擦擺隔震支座的擺動(dòng)剛度在滑移量較小的情況下為線性增大，隨著滑移量的增大呈非線性增長(zhǎng)。圖4給出了滑移量與等效阻尼比、耗能之間的關(guān)系。當(dāng)滑移量從0.05m增大到0.20In時(shí)，等效阻尼比下降的趨勢(shì)明顯，之后衰減逐漸緩慢，雖然等效阻尼比隨滑移量增大而減小，但每個(gè)循環(huán)的耗能卻線性增加。滑移量增大的同時(shí)滯回曲線的面積也增大，故耗能增大。

滑道半徑的增加降低了支座的擺動(dòng)剛度，卻未影響初始剛度。當(dāng)滑道半徑從1m增大到2m時(shí)，等效阻尼比增長(zhǎng)明顯，隨著半徑的繼續(xù)增加，對(duì)其敏感性降低。由于改變滑道半徑不影響初始剛度，滯回曲線的面積幾乎沒(méi)有變化，故每個(gè)循環(huán)的耗能基本不變。隨著摩擦系數(shù)的增加支座的初始剛度線性增加，擺動(dòng)剛度不變，滯回曲線的面積也增加。隨著摩擦系數(shù)的增大，等效阻尼比較為平均地增長(zhǎng)且每個(gè)循環(huán)下的耗能線性增長(zhǎng)。增加上支座板承受的豎向壓力不僅影響到支座的初始剛度，同時(shí)會(huì)增加支座的擺動(dòng)剛度，有效地增加了滯回曲線的面積。雖增加了耗能，但也提高了擺動(dòng)剛度，故豎向壓力幾乎不影響支座的阻尼比。

計(jì)算結(jié)果表明，摩擦擺隔震支座的等效阻尼比與滑移量成反比，與滑道半徑、摩擦系數(shù)成正比。豎向壓力幾乎對(duì)等效阻尼比沒(méi)有影響，但等效阻尼比的大小并不能明確表示能量耗散的多少，而是反應(yīng)耗能水平的指標(biāo)。