内置磁体式滑移隔震支座及其在基础隔震中的应用研究

Performance based structural seismic design and structural control has been the hotspot of academic researches and engineering applications. The eye-catching moves to the seismic protection of critical facilities or precise instruments in buildings from the previous attention upon the structural safety. This movement prompts the demand of developing a novel base isolator with high sensitivity and low impact, and prompts the demand of developing the associated optimization and design scheme in applications. The present project aims to developing a family of sliding bearings built-in permanent magnets, on the basis of the in-depth investigation of traditional base isolators. A reliability based optimization method for base-isolated structures is included as well. The expected outcomes involve: .(1) revealing the working mechanism and technical superiority of sliding bearings built-in permanent magnets through the numerical simulation, theoretical deduction and experimental investigation; .(2) validating the novel base isolation system through the numerical simulation and shaking-table test of structures with sliding bearings built-in permanent magnets;.(3) developing the probabilistic scheme for optimizing the base isolation system through the random seismic response and parameter sensitivity analysis of base-isolated structures..The research will break through the barrier inherent in the traditional base-isolation systems and design methods, providing the theoretical basis and technical supports for application and development of seismic structural systems attaching with energy dissipation and control devices.

基于性态的结构抗震设计和结构减震控制设计已成为研究和工程应用的热点，从早期对建筑结构安全性的重视过渡到目前对建筑内部重要设施或精密仪器的抗震性能的关注，这对于发展具有高灵敏度、低冲击作用的新型隔震体系及其在工程应用中的优化设计方法提出了迫切需求。在深入研究传统隔震体系的基础上，本项目致力于研发一种实用、高效的内置磁体式滑移隔震支座，发展基于可靠度的隔震结构系统参数优化方法：通过数值模拟、理论推导和试验研究，揭示磁式滑移隔震支座的工作机理和技术优势；开展磁式滑移隔震结构数值分析与振动台试验，验证新型隔震体系的有效性和鲁棒性；进行隔震结构随机地震响应与参数灵敏度分析，发展磁式滑移隔震结构系统的概率优化方法。研究工作将突破传统隔震体系和设计方法的不足，为推动工程结构减震控制体系的应用与发展提供关键理论基础和技术支持。

基于性能的结构抗震设计和结构减震控制设计已成为研究和应用的热点。从早期对建筑结构安全性的重视过渡到目前对建筑内部重要设施或精密仪器的抗震性能的关注，这使得现代隔震技术、特别是具有自适应耗能能力的隔震体系大有用武之地。经过近50年的发展，形成了以叠层橡胶隔震、摩擦摆隔震等为代表的隔震体系。然而，传统隔震体系存在耗能能力弱、限位性能差等问题，亟需发展新一代的隔震体系。.本项目研究了一类基于电涡流耗能机制的磁式滑移隔震体系，并考虑不同的界面摩擦特性，研制了内磁式（固-固摩擦界面，低速低摩擦系数、高速高摩擦系数）和液磁式（液-固摩擦界面，低速高摩擦系数、高速低摩擦系数）滑移隔震支座。通过开展隔震支座磁电耦合有限元模拟、理论推导和拟静力试验，揭示了磁式滑移隔震体系的工作原理，建立了磁式滑移隔震支座力-位移关系。在此基础上，开展了隔震支座尺寸效应研究，以两跨六层钢框架结构为对象，进行了有限元模拟分析与缩尺隔震结构试验设计，开展了磁式滑移隔震结构振动台试验，验证了隔震系统的减震效能。同时，分析了磁式滑移隔震结构系统的场地适应性，揭示了内磁式、液磁式滑移隔震支座较铅芯橡胶隔震支座、摩擦摆支座优越的隔震性能。进一步，结合工程随机地震动物理模型和概率密度演化理论，进行了非平稳随机地震动作用下磁式滑移隔震结构随机地震响应与可靠度分析，开展了磁式滑移隔震支座参数灵敏度分析，发展了基于整体抗震可靠度的隔震结构系统优化设计方法。研究成果为磁式滑移隔震支座的产品研发及其隔震结构设计方法的应用推广提供了技术支持，为高烈度地震区传统隔震体系面临的瓶颈问题提供了良好的解决方案。.结合研究创新点，发表SCI收录论文21篇（其中在JCR Q1区期刊上发表论文15篇、在ASCE旗舰期刊JSE、JEM上发表论文3篇）、EI收录论文1篇，出版学术专著2部（含Springer出版英文专著一部）；申请发明专利6项（其中已获授权2项），获软件著作权1项；在国内外学术会议上做邀请报告或专题讲座10次；培养博士生2人、硕士生4人；获2019年中国振动工程学会技术发明奖二等奖。