近三十年来,国内外已有多种针对不同目标的不同类型水平隔震方法,在多次破坏性大地震中发挥了重要作用,但同时也暴露出一些问题,譬如隔震装置自复位问题、地表大位移条件下的类共振问题,导致基于传统圆弧面运动轨迹且具有固定振动周期特性的滑移摩擦摆类隔震装置存在一定的失效风险。显然,如果采用变曲率曲面摆,可以方便地实现刚度随着位移增大而减小,即具备刚度软化机制,经过合理设计可以使摆类隔震装置具有非固定隔震周期,能够使装置避免与长周期低频地震动产生类共振问题;如果同时配合采用滚动类摩擦装置,还可以较好地解决自复位问题。针对上述两个方面的问题,本文分别研究了基于变频球摆和锥形球摆两类变曲率水平隔震方法。主要研究内容包括以下四个方面:1.文献综述及问题的引出。回顾了文物、设备等敏感非结构物体的震害情况以及常见的隔震装置类型。归纳了国内外对于设备文物类物体的隔震技术研究发展现状,发现了变曲率曲面的优点及其在滚动类隔震装置研究方面的应用空缺,研究了将变曲率曲面与滚动类支座良好的自回复能力结合使用的可行性。2.提出了变曲率球摆水平隔震方法。从滚动隔震的基本原理出发,建立了球摆装置的简化计算模型并推导求解其运动方程,采用Matlab编程,实现了变曲率球摆隔震装置的参数优化数值模拟。分别选取短周期高频、中周期中短频及长周期低频三类地震动,对具有不同曲面参数的水平隔震模型进行了大量数值模拟分析,结果表明变频及锥形曲面的隔震效率较好。3.设计完成了两类变曲率球摆隔震装置地震模拟振动台试验。设计、加工制作了参数不同的变频球摆和锥形球摆装置各四套,并加装具有不同参数的粘滞阻尼器对比具备不同耗能能力装置的隔震效果差异。对两类球摆装置分别进行了三向激励地震模拟振动台试验,试验结果表明两类球摆装置均具有良好的隔震性能,验证了装置隔震性能随参数改变而发生变化的规律。4.给出了两类变曲率球摆装置的参数优化设计方法。通过数值模拟结果与振动台试验结果对比分析,验证了数值模拟反映变曲率球摆装置实际运动的准确性。给出了两类支座的曲面参数、滚动摩擦系数、初始隔震周期及附加阻尼等参数的优化设计方法及建议。