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【摘要】：近些年来我国空间结构抗震研究也经历了从无到有、从量变到质变的飞跃。随着大跨空间结构分析理论和隔震技术的发展，从隔震系统的理论研究到各种隔震系统在各类工程中应用是一个很大发展。
【关键词】：大跨空间结构；摩擦摆隔震支座；工程应用
摩擦摆隔震支座是基础隔震的一种，基础隔震可分为橡胶垫基础、滑移基础隔震和混合基础隔震等多类。各类基础隔震结构地震反应的性态有所不同，但其隔震原理基本相同，都是通过隔震层削弱而不是强化上部结构与基础之间的联系，改变结构系统的动力特性，避免共振或者接近共振现象的发生，达到减少地震作用力和限制隔震层位移的目的。
1、摩擦摆隔震支座理论研究现状
摩擦摆系统（Friction Pendulum System：FPS）是由Zayas于1985年提出的一种隔震系统，该系统特有的圆弧滑动面使其具有自动复位机制和良好的振动稳定性，且便于制作在工程中的实现。摩擦摆系统（Friction Pendulum System：FPS）通常设置在主体结构与其支撑结构之间，通过支座内部滑块在滑槽中的滑动来隔离地震作用，并利用滑块和滑动接触面间的滑动摩擦来消耗地震能量，实现主体结构振动响应的有效控制。摩擦摆支座已经应用到了实际的工程中，并经受了实际地震的检验，隔震效果非常好。
摩擦摆隔震支座不仅可以隔离支座水平地震作用，而且支座的水平刚度显著低于上部结构的侧向刚度，这样可以延长结构的自振周期，使结构的加速度反应大大减小。同时，结构在地震反应过程中大变形主要集中在摩擦摆支座处，而上部结构本身的相对变形较小，此时可以近似认为上部结构是一个刚体，从而为建筑物的地震防护提供良好的安全保障。
摩擦摆滑动隔震的方法造价低、施工简单、几乎不受上部结构重量影响，除具有一般平面滑动隔震系统的特点外，还具有良好的稳定性、复位功能和抗平扭能力，具有较好的隔震效果，摩擦滑移隔震装置通常由隔离地震的摩擦滑动机构和限位复位的阻尼向心机构组成。而传统的平面滑移系统则不能自动复位需要另设复位系统，而且滑动离散性比较大，有时可能导致穿越隔震层的非结构构件破坏，甚至可能发生滑移失稳，这极大的阻碍了摩擦滑移隔震的发展。为解决传统平面滑移系统不能自动复位这个问题，Zayas等人对其进行改进，于1985年在美国加州大学伯克利分校研发了摩擦摆隔震装置，称之为摩擦摆系统/支座（Friction Pendulum System/ Bearing，简称FPS/FPB）。
邹宏德首次将FPS隔震装置引入钢筋混凝土巨型框架多功能减震结构体系中，主要研究了FPS动力参数对钢筋混凝土巨型框架多功能减震结构体系抗震性能的影响，并得出结论：（1）摩擦系数是FPS隔震支座最为主要的动力参数之一，过大的摩擦系数将会产生过大的水平惯性力，这对主框架结构的地震响应是不利的。在钢筋混凝土巨型框架多功能减震结构的实际应用过程中，应尽量采用摩擦系数较小的FPS隔震装置。（2）支座滑动半径R是FPS隔震支座另外一个重要的动力参数，R值越大，结构的地震反应越小，因此，在满足FPS隔震支座水平位移容许条件的情况下，应尽量采用R值较大的产品。
赵伟针对现有摩擦摆支座不能隔离竖向地震作用的缺点，设计了一种抗拔摩擦摆隔震支座，建立了相应的理论计算模型，对其性能进行研究，并将摩擦摆隔震支座应用到球面网壳中，通过改变摩擦摆支座的摩擦系数和滑道半径，对一个单层球面网壳输入不同场地条件和不同强度条件下的地震波，分析其隔震效果，探讨摩擦摆隔震支座的摩擦系数和滑道半径等支座参数对网壳结构隔震效果的影响。
潘克君同样也是基于摩擦摆支座只能隔离水平地震作用，不能满足隔离竖向地震作用的特点，提出了一种新型构造的竖向抗拔摩擦摆支座并对其力学性能进行了有限元模拟和试验分析。得出了两者结果比较一致，并验证了支座的摩擦系数和竖向压力对抗拔摩擦摆隔震支座水平刚度的影响。
吴陶晶针对大跨度FPS隔震支座支撑下连续桥梁，对比了在墩高、支座半径、支座屈服强度系数等参数变化的情况下，考虑和忽略FPS支座恢复力的双向耦合作用时桥梁的非线性时程响应结果。证明支座恢复力的双向耦合相互作用对隔震桥梁的地震响应有着重要影响。伍昊婿[12]对大吨位摩擦摆隔震支座进行振动台实验，得出支座随着地震作用的增大，滞回曲线耗能变大，最大减震效果达到64.21%。
邓雪松推导出摩擦摆隔震支座在变曲率下的刚度和最大残余应力公式，并得出（1）在初始刚度相同情况下变曲率摩擦摆支座的等效粘滞阻尼比和耗能系数更大.（2）曲面函数决定变曲率支座刚度，通过改变曲面函数可以改变支座刚度，从而达到改变结构的自振周期目的。（3）变曲率支座刚度软化机制使得底部上传的剪力减小。（4）支座的最大残余位移由曲面函数和摩擦系数共同决定。
巫炜推导反应摩擦摆水平和竖向振动耦合的非线性微分方程，并据此编制非线性动力分析程序，分析了竖向地震激励下结构和支座响应，并分析了隔震参数与上部质量比，对隔震效果的影响。
2、摩擦摆隔震支座工程应用现状
目前，摩擦摆隔震系统已在国内外大跨结构隔震方面得到了广泛的应用。例如旧金山国际机场候机大厅长215m，宽64m，高24m，267组摩擦摆，整个结构可侧向移508mm，降低70%的結构地震作用。土耳其伊斯坦布尔国际机场，保护锥形屋顶框架精致玻璃、玻璃幕墙和悬臂桩免受8级地震破坏；华盛顿州应急指挥中心，摩擦摆支座可减小50%支座剪力，可抵御尼斯夸利6.8级8倍地震强度；西雅图海鹰美式足球场，4个摩擦摆支座安装于屋顶支撑塔上以保护巨大屋盖；加州贝尼西亚马丁尼兹大桥，目前世界上最大的摩擦摆，支座直径4m，每个重达18t，设计荷载22226KN，水平位移能力135cm；密西西比河I-40大桥，摩擦摆支座加固后可抵御新马德里断层上7级地震世界上承载力最大的摩擦摆，可承受88984KN竖向荷载。
总结：
结构振动控制的工程应用在过去的多年中在国内外有了较大的发展，在理论方面，成功地借鉴了其他领域中的控制理论，为结构控制找到了可行的分析和计算方法，使摩擦摆隔震支座的应用具有理论依据。
参考文献
[1]Zayas V，Low S and Mahin S. The FPS earthquake resisting system[R]. Technical Report UCB/EERC-87/01， University of California at Berkeley，1987.
[2]杨林，周锡元，苏幼坡，常永平.FPS摩擦摆隔震体系振动台试验研究与理论分析[J].特种结构，2005：43-46.
[3]潘克君.竖向抗拔摩擦摆支座的参数设计与性能试验研究[D].北京：北京工业大学，2011.
[4]吴陶晶，李建中，管仲国.双向耦合效应对FPS隔震桥梁地震响应的[J].响振动与冲击，2010.
[5]邓雪松，龚健，周云.变曲率摩擦摆隔震支座理论分析与数值模拟[J].土木建筑与环境工程，2011：50-58.
【关键词】：大跨空间结构；摩擦摆隔震支座；工程应用
摩擦摆隔震支座是基础隔震的一种，基础隔震可分为橡胶垫基础、滑移基础隔震和混合基础隔震等多类。各类基础隔震结构地震反应的性态有所不同，但其隔震原理基本相同，都是通过隔震层削弱而不是强化上部结构与基础之间的联系，改变结构系统的动力特性，避免共振或者接近共振现象的发生，达到减少地震作用力和限制隔震层位移的目的。
1、摩擦摆隔震支座理论研究现状
摩擦摆系统（Friction Pendulum System：FPS）是由Zayas于1985年提出的一种隔震系统，该系统特有的圆弧滑动面使其具有自动复位机制和良好的振动稳定性，且便于制作在工程中的实现。摩擦摆系统（Friction Pendulum System：FPS）通常设置在主体结构与其支撑结构之间，通过支座内部滑块在滑槽中的滑动来隔离地震作用，并利用滑块和滑动接触面间的滑动摩擦来消耗地震能量，实现主体结构振动响应的有效控制。摩擦摆支座已经应用到了实际的工程中，并经受了实际地震的检验，隔震效果非常好。
摩擦摆隔震支座不仅可以隔离支座水平地震作用，而且支座的水平刚度显著低于上部结构的侧向刚度，这样可以延长结构的自振周期，使结构的加速度反应大大减小。同时，结构在地震反应过程中大变形主要集中在摩擦摆支座处，而上部结构本身的相对变形较小，此时可以近似认为上部结构是一个刚体，从而为建筑物的地震防护提供良好的安全保障。
摩擦摆滑动隔震的方法造价低、施工简单、几乎不受上部结构重量影响，除具有一般平面滑动隔震系统的特点外，还具有良好的稳定性、复位功能和抗平扭能力，具有较好的隔震效果，摩擦滑移隔震装置通常由隔离地震的摩擦滑动机构和限位复位的阻尼向心机构组成。而传统的平面滑移系统则不能自动复位需要另设复位系统，而且滑动离散性比较大，有时可能导致穿越隔震层的非结构构件破坏，甚至可能发生滑移失稳，这极大的阻碍了摩擦滑移隔震的发展。为解决传统平面滑移系统不能自动复位这个问题，Zayas等人对其进行改进，于1985年在美国加州大学伯克利分校研发了摩擦摆隔震装置，称之为摩擦摆系统/支座（Friction Pendulum System/ Bearing，简称FPS/FPB）。
邹宏德首次将FPS隔震装置引入钢筋混凝土巨型框架多功能减震结构体系中，主要研究了FPS动力参数对钢筋混凝土巨型框架多功能减震结构体系抗震性能的影响，并得出结论：（1）摩擦系数是FPS隔震支座最为主要的动力参数之一，过大的摩擦系数将会产生过大的水平惯性力，这对主框架结构的地震响应是不利的。在钢筋混凝土巨型框架多功能减震结构的实际应用过程中，应尽量采用摩擦系数较小的FPS隔震装置。（2）支座滑动半径R是FPS隔震支座另外一个重要的动力参数，R值越大，结构的地震反应越小，因此，在满足FPS隔震支座水平位移容许条件的情况下，应尽量采用R值较大的产品。
赵伟针对现有摩擦摆支座不能隔离竖向地震作用的缺点，设计了一种抗拔摩擦摆隔震支座，建立了相应的理论计算模型，对其性能进行研究，并将摩擦摆隔震支座应用到球面网壳中，通过改变摩擦摆支座的摩擦系数和滑道半径，对一个单层球面网壳输入不同场地条件和不同强度条件下的地震波，分析其隔震效果，探讨摩擦摆隔震支座的摩擦系数和滑道半径等支座参数对网壳结构隔震效果的影响。
潘克君同样也是基于摩擦摆支座只能隔离水平地震作用，不能满足隔离竖向地震作用的特点，提出了一种新型构造的竖向抗拔摩擦摆支座并对其力学性能进行了有限元模拟和试验分析。得出了两者结果比较一致，并验证了支座的摩擦系数和竖向压力对抗拔摩擦摆隔震支座水平刚度的影响。
吴陶晶针对大跨度FPS隔震支座支撑下连续桥梁，对比了在墩高、支座半径、支座屈服强度系数等参数变化的情况下，考虑和忽略FPS支座恢复力的双向耦合作用时桥梁的非线性时程响应结果。证明支座恢复力的双向耦合相互作用对隔震桥梁的地震响应有着重要影响。伍昊婿[12]对大吨位摩擦摆隔震支座进行振动台实验，得出支座随着地震作用的增大，滞回曲线耗能变大，最大减震效果达到64.21%。
邓雪松推导出摩擦摆隔震支座在变曲率下的刚度和最大残余应力公式，并得出（1）在初始刚度相同情况下变曲率摩擦摆支座的等效粘滞阻尼比和耗能系数更大.（2）曲面函数决定变曲率支座刚度，通过改变曲面函数可以改变支座刚度，从而达到改变结构的自振周期目的。（3）变曲率支座刚度软化机制使得底部上传的剪力减小。（4）支座的最大残余位移由曲面函数和摩擦系数共同决定。
巫炜推导反应摩擦摆水平和竖向振动耦合的非线性微分方程，并据此编制非线性动力分析程序，分析了竖向地震激励下结构和支座响应，并分析了隔震参数与上部质量比，对隔震效果的影响。
2、摩擦摆隔震支座工程应用现状
目前，摩擦摆隔震系统已在国内外大跨结构隔震方面得到了广泛的应用。例如旧金山国际机场候机大厅长215m，宽64m，高24m，267组摩擦摆，整个结构可侧向移508mm，降低70%的結构地震作用。土耳其伊斯坦布尔国际机场，保护锥形屋顶框架精致玻璃、玻璃幕墙和悬臂桩免受8级地震破坏；华盛顿州应急指挥中心，摩擦摆支座可减小50%支座剪力，可抵御尼斯夸利6.8级8倍地震强度；西雅图海鹰美式足球场，4个摩擦摆支座安装于屋顶支撑塔上以保护巨大屋盖；加州贝尼西亚马丁尼兹大桥，目前世界上最大的摩擦摆，支座直径4m，每个重达18t，设计荷载22226KN，水平位移能力135cm；密西西比河I-40大桥，摩擦摆支座加固后可抵御新马德里断层上7级地震世界上承载力最大的摩擦摆，可承受88984KN竖向荷载。
总结：
结构振动控制的工程应用在过去的多年中在国内外有了较大的发展，在理论方面，成功地借鉴了其他领域中的控制理论，为结构控制找到了可行的分析和计算方法，使摩擦摆隔震支座的应用具有理论依据。
参考文献
[1]Zayas V，Low S and Mahin S. The FPS earthquake resisting system[R]. Technical Report UCB/EERC-87/01， University of California at Berkeley，1987.
[2]杨林，周锡元，苏幼坡，常永平.FPS摩擦摆隔震体系振动台试验研究与理论分析[J].特种结构，2005：43-46.
[3]潘克君.竖向抗拔摩擦摆支座的参数设计与性能试验研究[D].北京：北京工业大学，2011.
[4]吴陶晶，李建中，管仲国.双向耦合效应对FPS隔震桥梁地震响应的[J].响振动与冲击，2010.
[5]邓雪松，龚健，周云.变曲率摩擦摆隔震支座理论分析与数值模拟[J].土木建筑与环境工程，2011：50-58.