极罕遇地震作用下无预紧力变摩擦惯容器消能体系抗震性能分析

摘要

针对传统摩擦阻尼器在极罕遇或近场脉冲型地震作用下需施加较大预紧力以提供足够的阻尼力，且可能引发耐久性问题这一现状，提出一种无预紧力变摩擦惯容器（NVFI）。首先，对NVFI的组成、工作原理及力学模型进行介绍，指出其通过滚珠丝杠驱动弹簧施加可变正压力，从而在摩擦片之间形成随运动变化的变摩擦阻尼力，呈现出“蝴蝶形”滞回曲线特征。其次，建立NVFI的恢复力计算公式，并以单自由度结构为算例，开展各级地震作用下的非线性动力时程分析，验证NVFI的减震效果和能量耗散能力。研究结果表明：NVFI可在无预紧力条件下实现大吨位的变摩擦阻尼力，有效降低结构位移、速度及加速度响应，且对近场脉冲型地震作用下的减震效果尤为突出。在设防地震水平下，NVFI可分别降低远场、近场脉冲型及非脉冲型地震作用下结构位移响应的46%、56%和34%，同时表现出较好的速度与加速度减震性能。能量分析显示，NVFI可显著降低结构输入的地震能量，改变结构基本频率，使之避开外界地震主频的影响范围。此外，通过分析质量比在0～0.5变化对结构动力响应的影响可知，质量比主要影响结构的速度和加速度响应，对位移响应影响相对较小；NVFI的减震与耗能性能主要依赖其优异的变摩擦阻尼特性，而惯容机制主要是降低地震输入能。

关键词

无预紧力 / 变摩擦 / 惯容器 / 极罕遇地震 / 抗震性能