Study on Equivalent Linearization Parameters and Base‑isolation Design Method of Friction Pendulum System

Zhenxiao MA; Wenlu WEN; Qingsong GUAN; Wenzheng YU; Wen PAN

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20201020002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Study on Equivalent Linearization Parameters and Base‑isolation Design Method of Friction Pendulum System

更新时间：2025-09-25

- Study on Equivalent Linearization Parameters and Base‑isolation Design Method of Friction Pendulum System
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 42, Issue 4, Pages: 751-760(2022)
- 作者机构：
  
  1.震安科技股份有限公司,云南昆明 650217
  2.昆明学院建筑工程学院,云南昆明 650214
  3.昆明理工大学建筑工程学院,云南昆明 650233
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20201020002
  CLC： TU318
- Received：20 October 2020，
  
  Revised：2022-02-19，
  
  Published：28 August 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
马振霄,温文露,管庆松等.摩擦摆支座等效线性化参数及隔震设计方法研究[J].防灾减灾工程学报,2022,42(04):751-760.

MA Zhenxiao,WEN Wenlu,GUAN Qingsong,et al.Study on Equivalent Linearization Parameters and Base‑isolation Design Method of Friction Pendulum System[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(04):751-760.
马振霄,温文露,管庆松等.摩擦摆支座等效线性化参数及隔震设计方法研究[J].防灾减灾工程学报,2022,42(04):751-760. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20201020002.

MA Zhenxiao,WEN Wenlu,GUAN Qingsong,et al.Study on Equivalent Linearization Parameters and Base‑isolation Design Method of Friction Pendulum System[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(04):751-760. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20201020002.

摘要

首先推导了摩擦摆支座的水平和竖向恢复力公式，讨论了水平位移对竖向恢复刚度的影响；其次针对目前摩擦摆支座隔震设计、分析中存在的不足，重点讨论了基于规范设计反应谱迭代求解其等效线性化参数的实施流程和需要注意的问题；提出了一种综合隔震周期目标和摩擦力影响粗定等效曲率半径，并根据静轴力分布情况选择摩擦系数大小的摩擦摆支座隔震方案布设方法；最后结合实际工程案例，对比分析了橡胶支座隔震方案和摩擦摆支座隔震方案在不同组合工况下对支座内力、位移的隔震效果及其分布情况。结果表明：两种隔震方案均能达到降度设计的隔震目标，后者由于受三向耦合影响，各支座上的内力分布较前者的离散性更大；摩擦摆支座有可能出现受拉现象，应用中需注意设置抗拉构造措施；摩擦摆支座隔震方案中应重视空间扭转问题和控制支座抬升量。

Abstract

The formulas of horizontal and vertical resilience of friction pendulum system were derived and the influences of horizontal displacement on vertical restoring stiffness were discussed. Subsequently， according to the drawbacks in the existing base-isolation design of the friction pendulum system， the implementation process and issues needing attention in the iterative solution of the equivalent linearization parameters based on the standard design response spectrum were emphatically discussed. Meanwhile， an isolation scheme for a friction pendulum system was developed， which determined the effective radius of curvature by considering the influences of the expected isolation period and friction effect， and selected the friction coefficient on the basis of the distribution of static axial force. Finally， combined with a practical engineering case， some factors such as the isolation effect， distribution of internal force， and displacement between rubber bearing and friction pendulum system under different combination conditions were compared and analyzed. As a result， the two schemes can achieve the goal of intensity reduction design. The internal force distribution on each support in the latter scheme is more discrete than that in the former due to the influence of three-directional coupling. Tension phenomenon may occur in the friction pendulum system， so tensile structures are necessary for practice. Attention should focus on the spatial torsion problems and control the bearing lifting amount in the isolation scheme of the friction pendulum system.

关键词

Keywords

references

Zayas V ， Low S ， Mahin S . The FPS earthquake resisting system ［R］. California ： University of California at Berkeley ， 1987 .

马良喆，陈永祁 . 摩擦摆隔震支座在储液罐隔震的应用［J］. 工业建筑， 2009 ， 39 （增1 ）： 494 - 498 .

Ma L Z ， Chen Y Q . Application of friction pendulum bearingin liquid storage tanks ［J］. Industrial Construction ， 2009 ， 39 （ Sup1 ）： 494 - 498 . （in Chinese）

陈永祁，杨风利，刘林 . 摩擦摆隔震桥梁的设计及应用［J］. 工业建筑， 2009 ， 39 （增1 ）： 256 - 261 .

Chen Y Q ， Yang F L ， Liu L . Design and application of friction pendulum bearing for seismic isolated bridges ［J］. Industrial Construction ， 2009 ， 39 （ Sup1 ）： 256 - 261 . （in Chinese）

龚健，周云 . 摩擦摆隔震技术研究和应用的回顾与前瞻（I）——摩擦摆隔震支座的类型与性能［J］. 工程抗震与加固改造， 2010 ， 32 （ 3 ）： 1 - 7 .

Gong J ， Zhou Y . State of the art and prospect of the research and application of friction pendulum isolation technology（I）［J］. Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting ， 2010 ， 32 （ 3 ）： 1 - 7 . （in Chinese）

Su L ， Ahmadi G ， Tadjbakhsh I . A comparative study of performance of various base isolation systems，part I： Shear beam structures ［J］. Earthquake Engineering and Structural Dynamics ， 1989 ， 18 （ 1 ）： 11 - 32 .

Constantinou M C ， Mokha A ， Reinhorn A M . Teflon bearings in base isolation II： Modeling ［J］. Structural Engineering ，ASCE， 1990 ， 116 （ 2 ）： 455 - 474 .

Constantinou M C ， Caccese J ， Harris H G . Frictional characteristics of teflon-steel interfaces under dynamic conditions ［J］. Earthquake Engineering and Structural Dynamics ， 1987 ， 15 （ 6 ）： 751 - 759 .

Mokha A ， Constantinou M ， Reinhorn A . Verification of friction model of teflon bearings under triaxial load ［J］. Structural Engineering， ASCE ， 1993 ， 119 ： 240 - 261 .

Kasalanati A ， Constantinou M . Experimental study of bridge elastomeric and other isolation and energy dissipation systems with emphasis on uplift prevention and high velocity near source seismic excitation ［D］. Buffalo ： State University of New York ， 1998 .

Kousaka R ， Hamazaki H ， Murota N ， et al . Experimental study on durability of sliding bearings under long duration dynamic loading ［C］∥ Proceedings of the 14th WECC . Beijing ： International Association for Earthquake Engineering ， 2008 ： 12 - 17 .

樊剑，唐家祥 . 滑移隔震结构的动力特性及地震反应［J］. 土木工程学报， 2000 ， 33 （ 4 ）： 11 - 16 .

Fan J ， Tang J X . Dynamic characteristics and seismic response of a sliding structure ［J］. Civil Engineering Journal ， 2000 ， 33 （ 4 ）： 11 - 16 . （in Chinese）

王建强，管品武，李大望 . 摩擦摆基础隔震结构双向地震反应分析［J］. 世界地震工程， 2005 ， 21 （ 3 ）： 11 - 15 .

Wang J Q ， Guan P W ， Li D W . Analysis of seismic response of base-isolation structures with friction pendulum system under bilateral ground motions ［J］. World Earthquake Engineering ， 2005 ， 21 （ 3 ）： 11 - 15 . （in Chinese）

焦驰宇，胡世德，管仲国 . FPS抗震支座分析模型的比较研究［J］. 振动与冲击， 2007 ， 26 （ 10 ）： 113 - 117 .

Jiao C Y ， Hu S D ， Guan Z G . Comparative study on analytical models of FPS seismic bearing ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2007 ， 26 （ 10 ）： 113 - 117 . （in Chinese）

龚健 . 摩擦摆隔震支座力学模型的探讨［J］. 工程建设与设计， 2016 ， 8 （ 4 ）： 38 - 40 .

Gong J . Discussion on the mechanical models of friction pendulum bearing ［J］. Journal of engineering construction and design ， 2016 ， 8 （ 4 ）： 38 - 40 . （in Chinese）

建筑抗震设计规范： GB 50011—2010 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2016 .

夏修身，赵会东，欧阳辉来 . 高速铁路桥梁基于摩擦摆支座的减隔震研究［J］. 工程抗震与加固改造， 2014 ， 36 （ 3 ）： 21 - 26 .

Xia X S ， Zhao H D ， Ouyang H L . Study on seismic isolation of high speed railway bridge with friction pendulum bearings ［J］. Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting ， 2014 ， 36 （ 3 ）： 21 - 26 . （in Chinese）

陈鹏，周颖 . 摩擦摆支座隔震结构实用设计方法［J］. 地震工程与工程振动， 2017 ， 37 （ 1 ）： 56 - 63 .

Chen P ， Zhou Y . The applicable design method of isolated structure using friction pendulum system ［J］. Earthquake Engineering and Engineering Vibration ， 2017 ， 37 （ 1 ）： 56 - 63 . （in Chinese）

余文正 . 隔震结构等效线性化设计方法及应用研究［D］. 昆明：昆明理工大学， 2018 .

Yu W Z . Study on equivalent linearization method in design and application of seismic isolated structure ［D］. Kunming ： Kunming University of Science and Technology ， 2018 . （in Chinese）

党育，田宏图 . 隔震结构实振型分解反应谱法的计算精度分析及改进［J］. 建筑结构， 2019 ， 49 （ 16 ）： 120 - 126 .

Dang Y ， Tian H T . Analysis of calculation accuracy and improvement of real mode superposition response spectrum method of isolated structures ［J］. Building Structure ， 2019 ， 49 （ 16 ）： 120 - 126 . （in Chinese）

CSI . CSI Analysis reference manual for SAP2000， ETABS， and SAFE ［M］. Berkeley ： Computers and Structures， Inc. ， 2007 ： 201 - 334 .

Hwang J S ， Chiou J M . An equivalent linear model of Lead-rubber seismic isolation bearings ［J］. Engineering Structures ， 1995 ， 18 （ 7 ）： 528 - 536 ．

Rosenblueth E ， Herrera I . On a kind of hysteretic damping ［J］. Journal of Engineering Mechanics Division ASCE ， 1964 ， 90 （ 4 ）： 37 - 48 ．

建筑隔震设计标准： GB/T 51408—2021 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2021 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

No data

Related Author

No data

Related Institution

No data

⁰