STATE-OF-THE-ART OF RESEARCH ON THE BUILDING STRUCTURE ISOLATION TECHNOLOGIES
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摘要:
建筑结构隔震技术通过在建筑结构底部或中间楼层设置隔震装置，延长结构的自振周期，并提供适当的阻尼使得结构的响应大幅度减小，能够更有效地保护房屋结构以及室内设备的安全，可显著提升建筑震后功能可恢复能力。目前建筑结构隔震技术已经有较为成熟的技术产品和工程应用，已广泛应用于住宅、医院、学校、博物馆和图书馆等建筑中。随着《建设工程抗震管理条例》的颁布，预期隔震技术将有更广阔的应用场景。隔震建筑也将逐步从低层、简单建筑结构向高层、复杂建筑结构的方向发展。目前常用的隔震装置存在着抗拉能力不足、对竖向地震或竖向环境振动减振效果不足、控制频宽窄、适应性不足以及使用状态及损伤状态难以监测等问题。为此，众多学者针对以上问题进行了深入研究，开发了抗拉隔震支座、三维隔震(振)支座、半主动隔震支座和隔震支座的健康监测系统，为扩展隔震技术的应用范围提供了解决方法。目前，相关研究偏重于新型隔震装置的性能研究，未来应全面考虑新型隔震装置对于建筑的影响，提出配套的设计方法，并进行示范性工程应用，加快隔震技术的推广。
Abstract:The isolation technologies elongate the natural vibration period of the structures and provide appropriate damping by setting the isolation devices at the bottom or the middle story of the buildings, so that the response of the structures can be greatly reduced. The technologies can effectively protect the safety and the functionality of the buildings during and after the earthquake. At present, the isolation technologies have been widely used in residential buildings, hospitals, schools, museums, libraries, et al. The seismic isolation technologies are expected to have wider application in the near future due to the release of the regulation on seismic fortification. Base-isolated structures will be used from low-rise, simple buildings to high-rise, complex buildings. The commonly used isolation devices have some shortcomings, such as insufficient tensile capacity, insufficient vibration reduction effect to vertical earthquake or vertical environment vibration, narrow control frequency band, low robustness and difficulty to be monitored. Therefore, many scholars have carried out in-depth research to overcome the above shortcomings, and developed uplift-restraint bearings, three-dimensional isolation bearings, semi-active control isolation bearings and healthy monitoring systems for isolation devices, and provided solutions for extending the application of isolation technologies. The relevant research currently mainly focuses on the performance of the new isolation devices. In the future, the influence of the new isolation devices on the buildings should be considered comprehensively and the design method should be developed, while the demonstration engineering application should be put forward to promote the isolation technology.
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常规砂土直剪试验的剪切面局限于上、下箱体之间的平面，但不一定沿土样的最薄弱面展开，其剪切带形成机制仍不十分明确。目前针对砂土剪切带的研究主要是从物理试验、数值模拟，以及基于二者的理论分析等方面入手，其中物理试验的研究手段包括平面应变试验、三轴试验和直剪试验，并利用数字图像技术进行观测和研究；理论分析方面主要基于连续体假定，对砂土本构模型进行改进；而数值模拟近年来则以离散元程序研究为主[1-10]。
近些年来，国内方面针对砂土的剪切带发展，进行了较为系统的试验研究。李福林等[11]根据饱和砂土排水平面应变压缩试验的应变场，分析了试样的应变局部化现象。研究发现，砂土材料的应变局部化发生在峰值应力状态附近，峰值应力后应变局部化更加明显并集中在一定区域，最终形成V型剪切带。郭莹等[12]对饱和细砂进行三轴固结排水剪切试验，通过对轴向应变场的分析发现，密砂和松砂的干样在应力峰值之后形成剪切带，而松砂湿样在峰值之前形成剪切带。孔亮等[13]基于数字图像相关法，对砂土试样进行了室内细观直剪试验，研究发现，随着剪切的进行，位移较大的颗粒逐渐集中在剪切面两侧、从左下到右上的一个斜带内。潘远阳等[14]对密砂直剪试验进行离散元数值模拟，通过对数值试验过程中的颗粒进行动态监测发现，剪切带的厚度受平均粒径和颗粒摩擦系数影响较大。
类似的研究工作近年来在国际上也比较多，Lai和Chen[15]利用X射线成像技术，采用离散元程序再现了不同形状的月壤数值颗粒，进行了二维直剪试验模拟，表明随着颗粒形状的不同，直剪试验的剪切带也具有不同的形式，但都没有严格按照剪切缝开展。Tang等[16]研发了新型土体平面应变试验装置，并结合图像分析技术对砂土剪切带进行研究，表明剪应变的分布在试验前期主要集中在试样中部，并向四周扩散，后期则会形成一条主要的剪切带，但是厚度比较大，也并不十分平直。Kawamoto等[17]同样利用X射线成像技术，采用LS-DEM的方法，再现了具有砂土形状的数值颗粒，并通过对三轴试验的模拟，发现剪切带上的力链发生了较大偏转，认为与应力主轴的旋转有关。Wiebicke等[18]通过在三轴试验中开设内、外2个视窗，结合X射线成像技术对剪切带进行联合观测，并采用统计的方法对剪切过程中细观组构的演化进行了分析，指出细观参量的变化是土体各向异性的主要原因。
以上研究大多关注于剪切过程中细观参数的改变对宏观现象的影响，对剪切带形成机制的分析尚不够系统；而剪切带的特征直接影响土体强度，现阶段由于三轴试验装置的局限性，难以对剪切带进行直观观测，可视化的直剪试验成为对剪切带进行深入研究的有效手段。因此，本文通过对传统直剪仪进行可视化改造，并结合数字图像变形量测技术探究了砂土试样在剪切过程中的演化规律，归纳出试样尺寸、法向应力等对剪切带形成机制和扩展过程的影响，同时对试验中发现的拱形副剪切带进行了强度分析，并与水平主剪切带进行了对比研究。
1 试验概况
1.1 试验装置
本试验所用主要仪器是ZJ-1A型应变控制式直剪仪，如图1(a)所示。原设备直剪盒为黄铜材质，很难直接观测到试样在剪切过程中的颗粒运动情况，对剪切带的研究受到限制。因此，为了进行可视化试验，采用厚度为10 mm的亚格力板设计制造了5种不同规格的透明直剪盒，以便于在直剪过程中利用数码相机对试样表面进行拍照分析，如图2所示。内径尺寸(长×宽×高，单位：cm)分别为10×10×10、10×10×5、10×10×2.5的直剪盒用于研究试样不同宽高比对砂土强度指标和剪切带形状的影响；而尺寸分别为10×10×5、10×5×5、10×2.5×5的直剪盒用于研究试样不同长宽比的影响。
原直剪仪加压框架分布在直剪盒两侧(图1(a))，不利于图像采集。因此设计了新型加压框架(图1(b))，能够在试验过程中完全展现试样侧面。新加压框架的使用需注意两点：① 新加压框架重量有所改变，加压前需重新调节平衡锤使杠杆水平；② 加压框架需作用在直剪盒中心，保持框架平面竖直防止偏心，并不能遮挡拍摄区域。结合图像采集设备能够保证全过程摄录的图像清晰(图3)。
1.2 试验材料及方法
试验土样选用天津地区工程中常用的海砂，经人工过筛剔除大颗粒，粒径范围0.075 mm~2 mm，级配曲线如图4所示。试验时保持含水率为1.2%，制样密度1.818 g/cm3，相对密度0.7，物理力学指标如表1所示。本文主要研究剪切过程中剪切带的形成机制，对于砂土试样的含水率、密实度等材料因素的影响留待进一步研究。
表 1 砂土试样的基本物理特性Table 1. Basic physical properties of sand samples粒径范围 含水率/(%) 不均匀系数Cu 曲率系数Cc 孔隙比 0.075~2 1.2 8.143 1.384 0.47 制样时先测定含水率，控制在预定数值上，再利用落砂法[19]进行装样，保证试样均匀，分5次将砂土填满剪切盒，静置24 h后进行试验。每组试样施加不同的法向压应力(50 kPa、100 kPa、150 kPa、200 kPa)，待试样稳定后施加切向拉力进行剪切。试验控制以0.8 mm/min的速率进行剪切，每隔15 s记录1次剪切力、剪切位移等试验数据，并摄录数码照片，用于图像分析。根据《土工试验方法标准》(GB/T 50123−2019)，当剪应力达到稳定或显著下降时减损完成，宜剪切至位移4 mm以上；若剪应力持续增加，应剪切至位移6 mm以上。本文各组试验都剪切至剪应力下降，即完全剪损时为止。
2 试验结果分析
2.1 剪应力-剪切位移关系曲线特征
5种尺寸规格砂土试样直剪试验的剪应力与剪切位移关系曲线如图5所示，不同尺寸试样曲线的变化规律基本相同，随着剪切位移的增加，剪应力先增加后减小，临近结束时的曲线较为平缓，且随着法向应力的增加剪应力下降的幅度有所增大。曲线都存在峰值，剪应力达到峰值点时所对应的剪切位移随着法向应力的增大而增大。取峰值时刻的剪应力作为试样的抗剪强度，5种规格试验的抗剪强度与法向应力拟合曲线如图6所示，其强度参数结果示于表2中。
表 2 砂土直剪试验结果及强度参数Table 2. Shearing test results and strength parameters of sand samples试样尺寸/cm 长宽比 宽高比 法向应力/kPa 峰值剪切位移/mm 抗剪强度/kPa 黏聚力/kPa 内摩擦角/(°) 拟合度 10×2.5×5 4∶1 1∶2 50 2.74 39.6 12.30 30.2 0.9945 100 2.83 73.8 150 3.50 98.4 200 3.68 128.4 10×5×5 2∶1 1∶1 50 3.70 44.8 5.52 38.2 0.9860 100 4.24 82.6 150 4.54 127.3 200 5.04 161.2 10×10×5 1∶1 2∶1 50 3.82 52.7 7.60 43.1 0.9841 100 4.93 103.0 150 5.86 150.2 200 6.51 193.2 10×10×2.5 1∶1 4∶1 50 3.76 70.8 16.50 46.4 0.9938 100 4.91 119.6 150 5.78 173.2 200 6.41 228.2 10×10×10 1∶1 1∶1 50 4.98 52.7 9.45 39.5 0.9987 100 5.76 89.9 150 6.59 131.6 200 7.53 176.4 2.2 剪切盒尺寸影响分析
各种规格砂土试样的强度参数如表2所示，同一尺寸规格试验，剪应力达到峰值点时所对应的剪切位移随着法向应力的增大而增大。各种规格砂土试样的黏聚力在5.52 kPa~16.50 kPa，大部分黏聚力值小于10 kPa；内摩擦角在30.2°~46.4°内变化，大部分内摩擦角在40°上下。其中10 cm×2.5 cm×5 cm、10 cm×10 cm×2.5 cm试样的黏聚力值分别为12.30 kPa和16.50 kPa，对于砂土明显偏大；而对应的内摩擦角分别为30.2°和46.4°，与平均值相差较大。可见，试样尺寸影响抗剪强度指标，当试样长边与短边之比大于2时，剪切行为将呈现出尺寸效应，导致测得的强度参数偏离平均值；而当比值大于4时，尺寸效应更为明显，将导致试验数据严重偏离真实值。本文中10 cm×10 cm×5 cm试样的黏聚力和内摩擦角较为接近平均值，最具代表性，可用于下文中剪切带形成机制分析。
3 砂土试样剪切带发展规律分析
3.1 不同剪切时刻剪切带扩展规律
采用数字图像变形量测软件Geodog，对砂土直剪试验过程中的位移场进行分析。Geodog是一款采用无标点法对数字图像进行变形量测的软件，由于无需提前在试样上进行点位标记，仅通过一系列照片就能进行位移场的量测，为岩土工程有关试验提供了简便且有效的技术手段[19]。通过定点连续拍摄一系列数字照片，并在原始照片上设定测量点位，利用每个像素点(pixel)颜色的RGB分量，采用像素块追踪算法(block tracking)进行图像变形场的测量；并利用有限单元法(FEM)中四边形等参单元的方法，还可以进行各类应变场的计算[20]。
对砂土直剪试验过程中摄录照片进行分析，得到砂土试样侧表面土体颗粒在剪切时的运动位移情况，探究砂土试样剪切带的形成过程和扩展机制。10 cm×10 cm×5 cm试样在法向应力150 kPa下不同剪切时刻的位移场云图如图7所示。横向和纵向数字为像素点的坐标(像素点的序号)，单位为pixel，图例中的数字代表相对位移，单位为‰，表示图像分析得出的位移值与图像长边尺寸的相对比值。累计应变为剪切位移与剪切方向试样长度的比值。
需要说明的是，目前图像分析技术在小变形的时候精确度较高，而大变形时会增大误差。Geodog采用的是定点拍摄，在剪切过程中下盒的两端有部分土体进出，导致像素块不能完全追踪，且误差随变形增加会逐渐增大。但是图像变形场分析的整体规律是正确的，并且上盒固定不动，其位移计算结果的准确度会更高。本文对位移值的大小不作重点分析，着眼于上盒拱形剪切带形成机制及变化规律的研究。图像算法本身具有相当的困难，但随着图像分析需求的大幅度提升，精确度会越来越高。
依据不同剪切时刻的位移场云图，可以将砂土试样剪切带扩展过程划分为5个阶段，可以总结为：
1)初始挤密阶段：剪切刚开始，上下直剪盒发生微小错动，全局变形水平较低且均匀，沿着剪切方向土体颗粒逐渐挤密。
2)局部屈服阶段：上下盒之间已形成了一条明显的水平主剪切带，此时上盒土体的破裂面具有多种发展趋势。
3)剪切带发展阶段：在上盒中下部逐渐形成一条向上凸起的弧形副剪切带，此时剪应力尚未达到峰值，但副剪切带已经基本形成。
4)峰值应力剪切带：剪应力峰值时主副剪切带间的拱形剪切破坏区域略有减小，但更加清晰。
5)软化阶段：剪应力达到峰值后，试样发生一定程度的软化，此后由于法向应力的约束，拱形剪切区域随剪切位移的增加继续减小，但变化幅度较慢，一直持续到试验结束。
有理由相信，若砂土试样能够不受剪切盒尺寸限制，无限剪切下去，副剪切带可能会最终完全消失。但考虑到土体强度主要是以峰值时刻的剪应力为参考标准，因此，土样中的剪切破坏可认为是沿着主、副两条剪切带而展开的。
3.2 峰值剪应力时刻剪切带变化规律
图8所示为10 cm×10 cm×5 cm试样在不同法向应力下剪应力达峰值时的位移云图。
图8中根据云图颜色分界线，人工勾勒出副剪切带的位置，同时采用绘图软件在人工标定的副剪切带上提取坐标点，便于对副剪切带进行分析。由图8可以看出随着剪切的进行，当剪应力达到峰值点时，各组试验的水平主剪切带和拱形副剪切带已完全形成；而随着法向应力的增大，主副剪切带间的拱形剪切破坏区域逐渐增大。
为了进一步研究副剪切带，对砂土试样在不同法向应力下，剪应力达峰值时的拱形副剪切带进行曲线拟合，得到副剪切带形状随法向应力变化的函数表达式，进而可以得出副剪切带上的正应力和剪应力，以获得副剪切带上的抗剪强度指标，与水平主剪切带上的强度指标进行对比，分析变化规律。
3.3 副剪切带曲线拟合及强度分析
利用数据处理软件Matlab对人工勾勒出的副剪切带进行曲线拟合。由于副剪切带的形状呈现较为常见的二次抛物线特点，通过二次多项式函数进行拟合，可以得到拟合度较高的函数表达式。尺寸为10 cm×10 cm×5 cm试样在不同法向应力下，剪应力达到峰值时刻的副剪切带拟合曲线如图8所示。图中定义坐标原点为剪切缝左侧端点，即上下盒间主剪切带的最左侧点处；采用实际尺寸作为坐标系统，单位为mm。
试样在不同法向应力下的副剪切带形状可用如下公式统一表示：
y=Ax2+Bx+C (1) 式中：y/mm代表曲线上一点的纵坐标；x/mm代表曲线上一点的横坐标，坐标原点为剪切缝左侧端点；A、B、C为拟合参数，如表3所示。不同法向应力下拟合参数A和B变化不大，因此可以近似取平均值，保留3位小数，确定参数A取为–0.012，参数B取为1.034。
表 3 副剪切带拟合结果Table 3. Fitting results for sub-shear bands试样尺寸/
cm3法向应力/
kPa拟合
参数A拟合
参数B拟合
参数C拟合度 10×10×5 50 −0.0110 0.9845 −12.2660 0.929 90 100 −0.0112 1.0094 −10.4261 0.943 10 150 −0.0117 1.0585 −9.2839 0.962 60 200 −0.0121 1.0818 −7.5962 0.941 80 由表3可知，参数C随法向应力的增加而线性增大，可以通过线性拟合获得参数C与法向应力K的关系式：
C=0.03K−13.681 (2) 结合式(1)和式(2)，可得10 cm×10 cm×5 cm试样在不同法向应力下副剪切带的函数表达式：
y=−0.012x2+1.034x−0.03K−13.681 (3) 在确定副剪切带的函数表达式之后，对主、副剪切带之间的拱形区域进行受力分析，可以进一步得出副剪切带所确定的强度指标c2和φ2。根据试验结果，由峰值时刻的正应力和剪应力可以得出水平主剪切带所确定的土体抗剪强度指标c1和φ1。通过对比主、副剪切带所确定参数的差异，进一步研究直剪试验中剪切带的形成机制。试验中上盒固定不动，下盒从右往左剪切进行试验，对主、副剪切带之间的拱形区域进行受力分析，如图9所示。
假定主、副剪切带上的正应力和剪应力均匀分布，定义水平主剪切带上的正应力为σ1、剪应力为τ1，据此确定土体的抗剪强度指标为c1、φ1；同理，拱形副剪切带上的正应力为σ2、剪应力为τ2，由其确定的抗剪强度指标为c2、φ2。
如图9所示，在拱形副剪切带上定义D、E、F三点，其对应的横坐标分别为x1、x2、x3，根据副剪切带的函数表达式可以确定：
x1,x3=(−B±√(B2−4AC))/(2A) (4) x2=−B/(2A) (5) 式中，A、B、C即为式(1)中的拟合参数。将副剪切带曲线上任意一点的切线与X轴的夹角设为θ，则θ=arctan(2Ax+B)，据此将拱形副剪切带上的正应力和剪应力沿水平方向和竖直方向分解，可分别列出拱形破坏区域(图9)在水平方向和竖直方向上的平衡方程：
水平方向：
∫x2x1τ2cosθdx+∫x3x2τ2cos(−θ)dx=τ1(x3−x1) (6) 竖直方向：
∫x2x1σ2cosθdx+∫x3x2σ2cos(−θ)dx−∫x2x1τ2sinθdx+∫x3x2τ2sin(−θ)dx=σ1(x3−x1) (7) 当法向应力K一定时，副剪切带的曲线方程就确定；同时根据试验结果，剪应力峰值时刻主剪切带上的正应力σ1和剪应力τ1也确定，由此根据式(4)~式(7)可以求解出副剪切带上的正应力σ2和剪应力τ2。根据不同的法向应力水平，可求出四组副剪切带上的σ2和τ2，如表4所示。通过对4组σ2、τ2值进行线性拟合，便可求出拱形副剪切带上的抗剪强度指标c2和φ2，如图10所示。
表 4 主/副剪切带强度参数对比Table 4. Comparison on strength parameters of primary and secondary shear bands试样尺寸/
cm3主剪切带
正应力σ1/kPa主剪切带
剪应力τ1/kPa主剪切带
抗剪强度指标副剪切带
正应力σ2/kPa副剪切带
剪应力τ2/kPa副剪切带
抗剪强度指标10×10×5 50 52.7 c1=7.6 kPa
φ1=43.1°53.659 56.557 c2=8.2 kPa
φ2=43.2°100 103.0 108.120 111.364 150 150.2 163.625 163.843 200 193.2 219.886 212.410 表4同时列出了主剪切带确定的强度指标c1和φ1，与副剪切带强度指标c2和φ2进行对比，可以看出，10 cm×10 cm×5 cm尺寸试样副剪切带上的正应力和剪应力均比主剪切带上的应力值大，且应力水平越高，主、副剪切带的应力差值越大。同时，由主、副剪切带所确定的内摩擦角基本相同，而副剪切带确定的黏聚力c2也仅比主剪切带确定的c1大7.89%，增加幅度较小。因此，基本可以认为主、副剪切带得出的抗剪强度指标是一致的，从而也间接证明了副剪切带存在的合理性，是符合土的抗剪强度理论的。
4 讨论
4.1 剪切带的形成机制及影响因素
本文砂土可视化直剪试验中发现了主、副两条剪切带，而且在剪应力形成峰值前就已经形成。黏土直剪试验中并没有发现该类现象，但碎石土的大型直剪试验中也发现了主、副两条剪切带[21]，笔者认为形成主、副两条剪切带的本质原因是剪胀；颗粒旋转、翻滚，甚至破碎都会引起土体剪胀，使得颗粒运动偏离水平面，一侧向斜上方运动，受到顶板的约束，另一侧被迫向斜下方运动。
砂土直剪试验和离散元模拟也发现了剪切带偏离水平剪切缝的现象，如文献[14, 16]，并指出颗粒形状是剪切带偏离的关键。虽然剪切带发生了倾斜以及不均匀性，但并未形成明显的拱形副剪切带；对比分析发现，二者试样的高度相对较小，拱形剪切带尚未充分拱起，就受到顶板抑制，因此剪切带只是偏离，未能形成拱形副剪切带。可见试样尺寸，尤其是高度和长度的比值，对剪切带形态影响严重，并且试样长边尺寸越大，剪切时推进的长度就越长，颗粒翻滚的距离就增加，造成剪胀和副剪切带更加明显。另外，文献[15, 17]也指出剪切带的厚度对强度指标和剪切带的形态也有较大影响。
由此可见，剪切带的影响因素包括：土体剪胀特性、颗粒形状、试样的高长比、试样剪切方向的尺寸、剪切缝的厚度等，不仅影响剪切带的形态，其测得的强度指标也相差较大。笔者认为，副剪切带的存在会造成土体的抗剪强度被高估，因为理想的直剪试验只考虑剪切面上的正应力σ和剪应力τ，而拱形副剪切带会带动更多的土体抵抗外荷载，相当于抗剪材料总量的增加，造成测得的强度偏高，当然该假设有待进一步试验验证。那么如何准确测量土体的强度指标呢？三轴试验测量的结果更准确吗，会不会也存在副剪切带？需要如何修正试验方法以测得更准确的土体强度参数来指导工程实践呢？这些问题值得国内外同行们探讨解决。
4.2 存在不足与未来努力方向
受限于研究手段，以及笔者本身的研究水平，尚存在一些考虑不全面之处，有待进一步改进：
1) 为了便于拍照观察，本文砂土可视化直剪试验所采用的是方形直剪盒；对于圆形直剪盒，以及土体的三轴试验过程中，如何对试样进行图像观测分析，研究剪切带的形成过程，值得进一步探索。
2) 本文通过直剪试验过程中对剪切盒侧表面进行观测，研究剪切带的形成机制和扩展过程。尽管采取了一定的润滑措施，减小砂土与剪切盒边界的摩擦，但仍难以完全消除。试样内部其他位置剪切带的变形规律是否和侧表面完全一致，需要研发土体内部变形量测技术手段进行验证。
3) 本文主要研究砂土直剪试验过程中剪切带，尤其是副剪切带的形成机制，所选用砂土含水率较低，不涉及固结问题，因此采用快剪的方式。对于砂土试样的含水率、固结问题以及密实度等材料因素的影响，留待后续研究。
5 结论
本文通过不同尺寸的砂土可视化直剪试验，对剪切带扩展过程进行了总结，研究了副剪切带的形成机制，同时开展了破坏区域的受力分析，对主/副剪切带强度参数进行了对比，主要结论如下:
(1) 通过5种尺寸规格砂土试样的直剪试验，对试验结果进行对比分析，发现试样尺寸对抗剪强度指标确有一定的影响，当试样太薄或者太扁，即边长尺寸差异较大时，测得的强度参数也会偏离平均值，造成较大误差；建议砂土直剪试验剪切盒的长边与短边之比不宜大于2，且不应大于4。
(2) 通过对典型尺寸的砂土可视化直剪试验进行图像分析，可以将剪切带的扩展过程划分为5个阶段，即初始挤密阶段、局部屈服阶段、剪切带发展阶段、峰值应力剪切带阶段和软化阶段。
(3) 对不同法向应力下剪应力峰值时的图像进行位移场分析，发现剪切破坏区域不是始终沿着水平剪切缝发展，而是在上盒中下部逐渐形成一条向上凸起的拱形副剪切带，剪切破坏区域是沿着主、副两条剪切带而展开的。随着剪切位移的增加，拱形剪切破坏区域逐渐减小；而随着法向应力的增大，剪应力峰值时刻的拱形破坏区域逐渐增大。
(4) 通过对剪应力峰值时的拱形破坏区域进行受力分析发现，拱形副剪切带上的正应力和剪应力均大于水平主剪切带；由副剪切带得出的内摩擦角和主剪切带近似，黏聚力比主剪切带大8%左右。主/副剪切带的强度指标基本一致，间接证明了副剪切带存在的合理性，符合土的抗剪强度理论。
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图 8 厚叠层橡胶-双曲面摩擦摆组合三维隔震(振)支座
Figure 8. Combined three-dimensional isolation bearing of thick laminated rubber bearings and friction pendulum
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图 9 竖向准零刚度-摩擦摆组合三维隔震(振)支座
Figure 9. Three-dimensional seismic isolator combining the quasi-zero stiffness system with the friction pendulum
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图 16 装有空气弹簧-层叠橡胶组合三维隔震支座的隔震建筑
Figure 16. Isolation building equipped with the combined three-dimensional isolation bearings of air springs and laminated rubber beatings
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图 17 北京地铁北安河车辆段上盖工程使用的三维隔震(振)支座
Figure 17. The three-dimensional isolation bearings used in the upper building of BEIANHE depot of Beijing subway
表 1 抗拉隔震支座的主要类型
Table 1 Types of Uplift-restraint bearing
构造类型 具体形式 竖向约束加强类 导轨式、SMA连接、弹簧连接等 竖向约束放松类 可提离橡胶隔震支座 材料改进类 高强度材料隔震支座 组合构造类 叠层橡胶支座抗拉机构 
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表 2 抗拉隔震支座性能对比
Table 2 Comparison of uplift-restraint bearing
序号 构造类型 验证手段 支座外观尺寸 抗压承载力 抗拉承载力 最大水平位移 设计竖向位移 水平刚度 与原支座相比
水平刚度变化1[28] 竖向约束加强类(导轨式) 静力试验 水平尺寸为原支座2倍
竖向尺寸与原支座一致−
(与原支座一致)1199 kN，
面压4.24 MPa
(大于原支座)200 mm
(小于原支座)1.8 mm 0.926 kN/mm 增大4% 2 竖向约束加强类(非导轨式) 静力试验 水平尺寸与原支座一致
竖向尺寸为原支座1.5倍~2倍面压44 MPa
(与原支座一致)面压3.05 MPa~
3.51 MPa
(大于原支座)>64.8 mm
(与原支座
一致)≤28 mm
(随剪应变增大而减小)0.25 kN/mm~
0.76 kN/mm
(随剪应变增大而减小)增大56.3%
(剪应变为250%)3[36] 竖向约束
放松类静力试验 水平与竖向均与原支座一致 −
(与原支座一致)−
(与原支座一致)−
(与原支座
一致)30 mm 0.6 kN/mm~
0.7 kN/mm基本一致 4[37] 材料改进类 − 取决于具体材料性能 5[38] 组合构造类 数值分析 数倍于原支座
(取决于组合支座个数)等于机构内正放支座受压承载力总和 等于机构内倒放支座受压承载力总和 受最小水平变形能力支座控制 受机构内倒放支座受压极限位移控制 等于机构内所有支座水平刚度总和 −
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表 3 三维隔震(振)支座代表性产品或试件的主要性能参数
Table 3 Main performances of representative products or test pieces of three-dimensional isolation bearings
序号 支座类型 试验方法 设计(试验)
竖向压力1/kN设计(试验)
面压2/MPa支座竖向
自振周期3/s设计(试验)最大
水平位移/mm支座水平
自振周期4/s1[42] 空气弹簧一体式(1/4缩尺) 振动台试验 400 0.25 1.35 150 1.79 2[43] 碟形弹簧-叠层橡胶组合 支座性能试验
(各部分分离进行)10000 4.97 0.333 1240 3.4 3[48] 螺旋弹簧-摩擦摆组合(缩比) 振动台试验 72 ≈1.60 0.5 368 2.7 4[46] 空气弹簧-层叠橡胶组合(1/7缩比) 振动台试验 28.6 0.26 0.760 − 1.07 5[45] 厚叠层橡胶-叠层橡胶组合(足尺) 支座性能试验 1539 4.12 0.128 119 2.30 6[47] 碟形弹簧-单曲面摩擦摆组合(足尺) 支座性能试验 1000 28.2 0.139 (0.105)* 160 2.34 7[49] 厚叠层橡胶-双曲面摩擦摆组合(足尺) 支座性能试验 1500 8.0 0.143(0.125)* 370 2.62 8[50] 空气弹簧-单曲面摩擦摆组合(缩比) 支座性能试验 150 1.20 0.460 100 1.53 9[51] 厚叠层橡胶-摩擦平板组合(足尺) 支座性能试验 200 4.50 0.185 >120 开始滑动后刚度接近0 10[54] 层叠橡胶倾斜组合 支座性能试验、
振动台试验235 10.0 0.156 − − 11[55] 层叠橡胶倾斜组合 支座性能试验 ≤200 ≤8.5 ≤0.172 − − 注：1为设计(试验)竖向压力P是指支座在长期使用中的设计竖向压力，或者试验中对应于正常使用工况时施加的竖向压力。2为设计(试验)面压在本文中是用于对比相同面积下各类型支座竖向隔震(振)部件承载能力的参数；对于橡胶支座为P除以橡胶支座骨架钢板的面积；对于金属弹簧为P除以弹簧外径包围的投影面积；对于空气弹簧为设计(试验)中长期工作的气压。3为支座竖向自振周期TV为支座在设计(试验)竖向压力P下的性能，来自文献中的数据。文中未提及时则根据支座的等效竖向刚度Kv，按照TV=2π√P/KVg计算得到。4为支座水平自振周期TH为支座在设计(试验)竖向压力P下的性能，来自文献中的数据。文中未提及时则根据支座水平的等效水平刚度KH，按照TH=2π√P/KHg计算得到。* 碟形弹簧-单曲面摩擦摆组合三维隔震(振)支座和厚叠层橡胶-双曲面摩擦摆组合三维隔震(振)支座在不同幅值的竖向振动下表现出不同的等效竖向刚度Kv，括号外的数据是对应地铁振动工况的小幅竖向循环加载下支座的性能，括号内的数据是对应地震工况的大幅值竖向循环加载下支座的性能。
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表 4 半主动隔震支座类型
Table 4 Types of semi-active isolation bearing
可变参数 实现方式 阻尼 调节摩擦力 附加可调阻尼器 刚度 使用磁流变弹性体
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表 5 半主动隔震支座性能对比
Table 5 Comparison of semi-active isolation bearings
调节方式 构造类型 调节方式 验证手段 调节范围 水平变形能力 承载力 改变摩擦力 平板支座内部设置油腔[59] 改变腔体油压 振动台试验 油压变化为0.98 MPa~
4.41 MPa，摩擦系数变化为
10.2%~1.6%试验中最大变形119 mm 试验中荷载为225 kg 摩擦摆滑块内部设置
油腔[60-61]改变腔体油压 静力试验 油压变化为0 MPa~20 MPa，摩擦力变化为8 kN~16 kN 试验中最大变形100 mm 试验中荷载为
6700 kg改变阻尼力 可调阻尼器+常规支座[62-63] 改变可调阻
尼器的阻尼力振动台试验 取决于可调阻尼器性能 取决于可调阻尼器行程 与常规支座相同 改变刚度 磁流变弹性体+端部线圈[69] 改变线圈电流 动力试验 电流变化为0 A~19.5 A时，
水平刚度增加18%试验中，74%剪切变形
(约25 mm)时破坏试验中，承受荷载约9 kg 磁流变弹性体+侧面
线圈[70-71]改变线圈电流 动力试验 电流变化为0 A~3 A时，
水平刚度增加1630%试验中，最大变形为8 mm 试验中荷载为
370 kg磁流变弹性体+侧面线圈+
端部磁铁[72]改变线圈电流 动力试验 电流变化为−4 A~4 A时，
水平刚度减小65%试验中，最大变形为8 mm −
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表 6 隔震支座健康监测类型
Table 6 Types of health monitoring of isolation bearing
应用状态 监测量 正常使用状态 轴压 变形 损伤状态 剥离损伤
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表 7 支座不同监测方法特性
Table 7 Comparison of monitoring methods of isolation bearings
监测参数 监测设备 构造类型 监测精度 对原有支座的影响 三向位移[76] 位移计 支座外置位移计 取决于位移计精度 无影响 竖向力[74] 液压传感器 支座内置液压传感器 竖向力最大误差1.4% 需要对支座内部进行开孔处理 水平力+竖向力[73] 力传感器 支座顶部和侧面安装力传感器 水平力最大误差7.9%，竖向力最大误差3.8% 增加支座高度 内部损伤[80] 声发射传感器 支座侧面布置声发射传感器 能够识别内部损伤 影响支座水平变形能力 支座是否有铅芯[81] 压电材料 支座侧面激振器和传感器 能够识别支座是否有铅芯 影响支座水平变形能力 水平变形+竖向力+
损伤[77-79]压电材料 支座顶面布置激振器和传感器 损伤识别准确率98.0%，轴压监测
误差0.06 MPa，变形识别误差为0.1%无影响
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[1] CONSTANTINOU M, MOKHA A, REINHORN A. Teflon bearings in base isolation II: Modeling [J]. Journal of Structural Engineering, 1990, 116(2): 455 − 474. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9445(1990)116:2(455)
[2] MOKHA A, CONSTANTINOU M, REINHORN A. teflon bearings in base isolation I: Testing [J]. Journal of Structural Engineering, 1990, 116(2): 438 − 454. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9445(1990)116:2(438)
[3] 周锡元, 阎维明, 杨润林. 建筑结构的隔震、减振和振动控制[J]. 建筑结构学报, 2002, 23(2): 2 − 12, 26. doi: 10.3321/j.issn:1000-6869.2002.02.001 ZHOU Xiyuan, YAN Weiming, YANG Runlin. Seismic base isolation, energy dissipation and vibration control of building structures [J]. Journal of Building Structures, 2002, 23(2): 2 − 12, 26. (in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:1000-6869.2002.02.001
[4] 朱宏平, 周方圆, 袁涌. 建筑隔震结构研究进展与分析[J]. 工程力学, 2014, 31(3): 1 − 10. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.05.ST05 ZHU Hongping, ZHOU Fangyuan, YUAN Yong. Development and analysis of the research on base isolated structures [J]. Engineering Mechanics, 2014, 31(3): 1 − 10. (in Chinese) doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.05.ST05
[5] 中华人民共和国国务院. 建设工程抗震管理条例[J]. 中华人民共和国国务院公报, 2021(23): 13 − 19. The State Council of the People’s Republic of China. Regulations on anti-seismic management of construction projects [J]. Gazette of the State Council of the People’s Republic of China, 2021(23): 13 − 19. (in Chinese)
[6] GB/T 51408−2021, 建筑隔震设计标准 [S]. 北京: 中国计划出版社, 2021. GB/T 51408−2021, Standard for seismic isolation design of building [S]. Beijing: China Planning Press, 2021. (in Chinese)
[7] URYU M, NISHIKAWA T. Study on stiffness, deformation and ultimate characteristics of base-isolated rubber bearings: Horizontal and vertical characteristics under shear deformation [J]. Journal of Structural and Construction Engineering (Transactions of AIJ), 1996, 61(479): 119 − 128.
[8] 刘文光, 杨巧荣, 周福霖, 等. 橡胶座非线性弹性拉伸特性的理论和试验研究[J]. 地震工程与工程振动, 2004, 24(2): 158 − 167. doi: 10.3969/j.issn.1000-1301.2004.02.027 LIU Wenguang, YANG Qiaorong, ZHOU Fulin, et al. Theoretical and experimental researches on nonlinear elastic tension property of rubber isolators [J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2004, 24(2): 158 − 167. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-1301.2004.02.027
[9] 王栋, 吕西林. 具有抗拉功能的隔震支座力学性能试验研究[J]. 建筑结构学报, 2015, 36(9): 124 − 132. WANG Dong, LYU Xilin. Experimental research on mechanical properties of anti-tension isolation bearing [J]. Journal of Building Structures, 2015, 36(9): 124 − 132. (in Chinese)
[10] KAWASAKI N, YAMAMOTO T, FUKASAWA T, et al. Parametric design study about seismic isolation system for fast reactor JSFR [C]// Proceedings of the ASME 2015 Pressure Vessels and Piping Conference. Boston: ASME, 2015.
[11] CONNOLLY D P, MARECKI G P, KOUROUSSIS G, et al. The growth of railway ground vibration problems - A review [J]. Science of the Total Environment, 2016, 568: 1276 − 1282. doi: 10.1016/j.scitotenv.2015.09.101
[12] 申跃奎, 丁洁民, 陆秀丽. 地铁激励下房屋的环境振动与隔振设计[J]. 建筑结构, 2010, 40(10): 78 − 81. doi: 10.19701/j.jzjg.2010.10.020 SHEN Yuekui, DING Jiemin, LU Xiuli. Environment vibration induced by subway and vibration isolation of a building [J]. Building Structure, 2010, 40(10): 78 − 81. (in Chinese) doi: 10.19701/j.jzjg.2010.10.020
[13] NAEIM F, KELLY J M. Design of seismic isolated structures: From theory to practice [M]. New York: John Wiley & Sons, 1999.
[14] JANGID R S, KELLY J M. Base isolation for near‐fault motions [J]. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 2001, 30(5): 691 − 707.
[15] KELLY J M. The role of damping in seismic isolation [J]. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 1999, 28(1): 3 − 20.
[16] MAZZA F, VULCANO A. Nonlinear response of RC framed buildings with isolation and supplemental damping at the base subjected to near-fault earthquakes [J]. Journal of Earthquake Engineering, 2009, 13(5): 690 − 715. doi: 10.1080/13632460802632302
[17] ALHAN C, GAVIN H. A parametric study of linear and non-linear passively damped seismic isolation systems for buildings [J]. Engineering Structures, 2004, 26(4): 485 − 497. doi: 10.1016/j.engstruct.2003.11.004
[18] 杜永峰, 赵丽洁, 张韬, 等. 超长复杂隔震结构施工力学及全过程监测研究[J]. 工程力学, 2015, 32(7): 1 − 10, 25. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.ST10 DU Yongfeng, ZHAO Lijie, ZHANG Tao, et al. Study on construction mechanics of long complicated isolated structures and life-cycle monitoring [J]. Engineering Mechanics, 2015, 32(7): 1 − 10, 25. (in Chinese) doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.ST10
[19] 王可怡, 陈大宾, 郭曼丽, 等. 隔震支座在钢结构施工过程中的变形与服役监测[J]. 建筑结构, 2010, 40(8): 49 − 52. WANG Keyi, CHEN Dabin, GUO Manli, et al. Study of isolation bearings’ construction deformation and service monitoring in E Area of GDSC [J]. Building Structure, 2010, 40(8): 49 − 52. (in Chinese)
[20] 刘利. 在役公路桥梁板式橡胶支座病害分析及对策研究[D]. 北京: 中国铁道科学研究院, 2012. LIU Li. Study on disease analysis and coping strategies of the plate type elastomeric pad bearings for highway bridges in service [D]. Beijing: China Academy of Railway Sciences, 2012. (in Chinese)
[21] BURTSCHER S L, DORFMANN A. Compression and shear tests of anisotropic high damping rubber bearings [J]. Engineering Structures, 2004, 26(13): 1979 − 1991. doi: 10.1016/j.engstruct.2004.07.014
[22] CASCIATI F, FARAVELLI L. Experimental investigation on the aging of the base isolator elastomeric component [J]. Acta Mechanica, 2012, 223(8): 1633 − 1643. doi: 10.1007/s00707-012-0636-x
[23] 王建军, 陶俊, 邬晓光. 支座损伤等级标准评估及更换研究[J]. 城市道桥与防洪, 2015(1): 75 − 77. doi: 10.3969/j.issn.1009-7716.2015.01.021 WANG Jianjun, TAO Jun, WU Xiaoguang. Assessment of bearing damage grading standard and study of its replacement [J]. Urban Roads Bridges & Flood Control, 2015(1): 75 − 77. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1009-7716.2015.01.021
[24] 邬晓光, 贺书磊, 郑鹏, 等. 公路桥梁板式橡胶支座失效标准研究[J]. 郑州大学学报(工学版), 2019, 40(1): 67 − 71. WU Xiaoguang, HE Shulei, ZHENG Peng, et al. Study on failure standard of highway bridge rubber bearing [J]. Journal of Zhengzhou University (Engineering Science), 2019, 40(1): 67 − 71. (in Chinese)
[25] 解琳琳, 王心宇, 李爱群, 等. 地铁上盖层间隔震建筑设计研究[J]. 工程力学, 2022, 39(7): 39 − 48. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0214 XIE Linlin, WANG Xinyu, LI Aiqun, et al. The design of inter-story isolated buildings built on top of metro depots [J]. Engineering Mechanics, 2022, 39(7): 39 − 48. (in Chinese) doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0214
[26] 吴迪, 熊焱, 蒋国平, 等. 不同场地高铁隔震桥梁概率地震需求模型比较[J]. 工程力学, 2020, 37(增刊 1): 57 − 62. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S006 WU Di, XIONG Yan, JIANG Guoping, et al. Comparison of probabilistic seismic demand model for high-speed railway isolated railway bridge in different sites [J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(Suppl 1): 57 − 62. (in Chinese) doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S006
[27] 田中利幸, 椿英顕, 山根一三. 免震建築紹介 梅田 DT タワー[J]. Menshin, 2002(37): 3 − 8. TANAKA R, TSUBAKI H, YAMANE K. Base isolated buildings: The case of Umeda DT tower [J]. Menshin, 2002(37): 3 − 8. (in Japanese
[28] 张龙飞, 陶忠, 潘文, 等. 导轨式抗拉橡胶支座力学性能研究[J]. 振动与冲击, 2018, 37(22): 122 − 127, 150. ZHANG Longfei, TAO Zhong, PAN Wen, et al. Mechanical properties of rail-type anti-tensile rubber bearings [J]. Journal of Vibration and Shock, 2018, 37(22): 122 − 127, 150. (in Chinese)
[29] ROUSSIS P C, CONSTANTINOU M C. Uplift-restraining Friction Pendulum seismic isolation system [J]. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 2006, 35(5): 577 − 593.
[30] 陈鹏, 周颖, 刘璐, 等. 橡胶隔震支座抗拉装置受力性能试验研究[J]. 建筑结构学报, 2017, 38(7): 113 − 119. CHEN Peng, ZHOU Ying, LIU Lu, et al. Experimental research on mechanical performance of tension-resistant device for rubber bearings [J]. Journal of Building Structures, 2017, 38(7): 113 − 119. (in Chinese)
[31] KASHIWAZAKI A, SHIMADA T, FUJIWAKA T, et al. Study on 3-dimensional base isolation system applying to new type power plant reactor (hydraulic 3-dimensional base isolation system: No. 1) (K148) [R]. Prague, Czech Republic: IASMiRT, 2003.
[32] GRIFFITH M C, AIKEN I D, KELLY J M. Displacement control and uplift restraint for base‐isolated structures [J]. Journal of Structural Engineering, 1990, 116(4): 1135 − 1148. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9445(1990)116:4(1135)
[33] NAGARAJAIAH S, REINHORN A M, CONSTANTINOU M C. Experimental study of sliding isolated structures with uplift restraint [J]. Journal of Structural Engineering, 1992, 118(6): 1666 − 1682. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9445(1992)118:6(1666)
[34] 王学庆. 新型SMA-叠层橡胶支座及其在高层建筑中的分段隔震研究 [D]. 阜新: 辽宁工程技术大学, 2006. WANG Xueqing. The staged seismic isolation study of a new SMA-LRB in high-rise [D]. Fuxin: Liaoning Technical University, 2006. (in Chinese)
[35] 潘鹏, 艾华浩, 王海深. 半主动阻尼器式抗拔隔震装置 [P]. 中国: 113431203A, 2021-09-24. PAN Peng, AI Huahao, WANG Haishen. Semi active damper type anti-tension isolation device [P]. CN: 113431203A, 2021-09-24. (in Chinese)
[36] 苗启松, 卜龙瑰, 閤东东, 等. 隔震建筑支座抗拉问题研究与应用[J]. 建筑结构, 2019, 49(18): 13 − 18, 4. MIAO Qisong, BU Longgui, GE Dongdong, et al. Research and application of tensile problem for building isolated bearing [J]. Building Structure, 2019, 49(18): 13 − 18, 4. (in Chinese)
[37] 原誠. -高層免震建築物-(仮称) 杉並和田計画(A 棟)[J]. ビルディングレター, 1998, 384: 1 − 7. MAKOTO. High-rise isolated building (temporary name) Suginami wada plan (Building A) [J]. Building Letter, 1998, 384: 1 − 7. (in Japanese
[38] 苏键, 温留汉·黑沙, 周福霖. 新型叠层橡胶隔震支座抗拉机构研究[J]. 工业建筑, 2010, 40(12): 43 − 46, 54. SU Jian, WENLIUHAN·HEISHA, ZHOU Fulin. Study on an innovation tensile-resistant device for laminated rubber bearing [J]. Industrial Construction, 2010, 40(12): 43 − 46, 54. (in Chinese)
[39] TAJIRIAN F F, KELLY J M, AIKEN I D. Seismic isolation for advanced nuclear power stations [J]. Earthquake Spectra, 1990, 6(2): 371 − 401. doi: 10.1193/1.1585576
[40] PAN P, SHEN S D, SHEN Z Y, et al. Experimental investigation on the effectiveness of laminated rubber bearings to isolate metro generated vibration [J]. Measurement, 2018, 122: 554 − 562. doi: 10.1016/j.measurement.2017.07.019
[41] KELLY J M. Analysis of fiber-reinforced elastomeric isolators [J]. Journal of Seismology and Earthquake Engineering, 1999, 2(1): 19 − 34.
[42] KAGEYAMA M, IBA T, UMEKI K, et al. Development of three-dimensional base isolation system with cable reinforcing air spring [C]// Proceedings of the Transactions of the 17th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology. Prague: IASMiRT, 2003.
[43] 王维, 李爱群, 周德恒, 等. 新型三维多功能隔振支座设计及其隔振分析[J]. 东南大学学报(自然科学版), 2014, 44(4): 787 − 792. WANG Wei, LI Aiqun, ZHOU Deheng, et al. Design of novel three dimension multifunctional isolation bearing and its isolation behavior analysis [J]. Journal of Southeast University (Natural Science Edition), 2014, 44(4): 787 − 792. (in Chinese)
[44] FUKASAWA T, OKAMURA S, SOMAKI T, et al. Research and development of three-dimensional isolation system for sodium-cooled fast reactor: Part 1 — Proposal of analytical models based on loading tests [C]// Proceedings of the ASME 2018 Pressure Vessels and Piping Conference. Prague: ASME, 2018.
[45] 魏陆顺, 周福霖, 任珉, 等. 三维隔震(振)支座的工程应用与现场测试[J]. 地震工程与工程振动, 2007, 27(3): 121 − 125. doi: 10.3969/j.issn.1000-1301.2007.03.020 WEI Lushun, ZHOU Fulin, REN Min, et al. Application of three-dimensional seismic and vibration isolator to building and site test [J]. Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2007, 27(3): 121 − 125. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-1301.2007.03.020
[46] SHIMADA T, SUHARA J, INOUE K, et al. Three dimensional seismic isolation system for next-generation nuclear power plant with rolling seal type air spring and hydraulic rocking suppression system [C]// Proceedings of the ASME 2005 Pressure Vessels and Piping Conference. Denver: ASME, 2005.
[47] 曹迎日, 潘鹏, 孙江波, 等. 碟簧-单摩擦摆三维隔震(振)装置力学性能及隔震(振)效果研究[J]. 建筑结构学报, 2022, 43(7): 44 − 53. doi: 10.14006/j.jzjgxb.2020.0721 CAO Yingri, PAN Peng, SUN Jiangbo, et al. Mechanical properties and isolation effect of disc spring-single friction pendulum 3D vibration isolation device [J]. Journal of Building Structures, 2022, 43(7): 44 − 53. (in Chinese) doi: 10.14006/j.jzjgxb.2020.0721
[48] LEE D, CONSTANTINOU M C. Combined horizontal-vertical seismic isolation system for high-voltage-power transformers: Development, testing and validation [J]. Bulletin of Earthquake Engineering, 2018, 16(9): 4273 − 4296. doi: 10.1007/s10518-018-0311-2
[49] 潘鹏, 曹迎日. 双摩擦摆三维隔振支座 [P]. 中国, 112681854B, 2021-11-30. PAN Peng, CAO Yingri. Hyperboloid friction pendulum three dimensional isolation bearing [P]. CN: 112681854B, 2021-11-30. (in Chinese)
[50] HAN Q H, JING M, LU Y, et al. Mechanical behaviors of air spring-FPS three-dimensional isolation bearing and isolation performance analysis [J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2021, 149: 106872. doi: 10.1016/j.soildyn.2021.106872
[51] SHENG T, SHI W X, SHAN J Z, et al. Base isolation of buildings for subway-induced environmental vibration: Field experiments and a semi-analytical prediction model [J]. The Structural Design of Tall and Special Buildings, 2020, 29(16): e1798.
[52] ZHOU Y, CHEN P, MOSQUEDA G. Analytical and numerical investigation of quasi-zero stiffness vertical isolation system [J]. Journal of Engineering Mechanics, 2019, 145(6): 04019035. doi: 10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0001611
[53] ZHOU Y, CHEN P, MOSQUEDA G. Numerical studies of three-dimensional isolated structures with vertical quasi-zero stiffness property [J]. Journal of Earthquake Engineering, 2022, 26(7): 3601 − 3622. doi: 10.1080/13632469.2020.1813662
[54] 许浩, 刘文光, 何文福, 等. 斜向滑动摩擦三维隔震装置的滞回模型及其隔震效果[J]. 建筑结构学报, 2017, 38(10): 123 − 130. XU Hao, LIU Wenguang, HE Wenfu, et al. Research on hysteretic model and isolation effect of oblique sliding friction 3D seismic isolation device [J]. Journal of Building Structures, 2017, 38(10): 123 − 130. (in Chinese)
[55] 刘文光, 余宏宝, MOUSTAFA I I, 等. 倾斜旋转型三维隔震装置的力学模型和竖向性能试验研究[J]. 振动与冲击, 2017, 36(9): 68 − 73. LIU Wenguang, YU Hongbao, MOUSTAFA I I, et al. Tests for mechanical model of an inclined rotational three-dimensional seismic isolation device and its vertical performance [J]. Journal of Vibration and Shock, 2017, 36(9): 68 − 73. (in Chinese)
[56] MAVROEIDIS G P, DONG G, PAPAGEORGIOU A S. Near-fault ground motions, and the response of elastic and inelastic single-degree-of-freedom (SDOF) systems [J]. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 2004, 33(9): 1023 − 1049.
[57] LU L Y, LEE T Y, YEH S W. Theory and experimental study for sliding isolators with variable curvature [J]. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 2011, 40(14): 1609 − 1627.
[58] 周云, 龚健, 邓雪松. 变曲率摩擦复摆隔震支座的简化分析与数值仿真[J]. 工程力学, 2012, 29(7): 163 − 171, 185. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.09.0689 ZHOU Yun, GONG Jian, DENG Xuesong. Simplified analysis and numerical simulation of double variable curvature friction pendulum isolation bearing [J]. Engineering Mechanics, 2012, 29(7): 163 − 171, 185. (in Chinese) doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.09.0689
[59] FENG M Q, SHINOZUKA M, FUJII S. Friction-controllable sliding isolation system [J]. Journal of Engineering Mechanics, 1993, 119(9): 1845 − 1864. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9399(1993)119:9(1845)
[60] PAN P, ZHANG D B, ZENG Y, et al. Development of a tunable friction pendulum system for semi‐active control of building structures under earthquake ground motions [J]. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 2018, 47(8): 1706 − 1721.
[61] ZENG Y, PAN P, GUO Y M. Development of distributed tunable friction pendulum system (DTFPS) for semi-active control of base-isolated buildings [J]. Bulletin of Earthquake Engineering, 2021, 19(14): 6243 − 6268. doi: 10.1007/s10518-021-01201-1
[62] YOSHIOKA H, RAMALLO J C, SPENCER JR B F. “Smart” base isolation strategies employing magnetorheological dampers [J]. Journal of Engineering Mechanics, 2002, 128(5): 540 − 551. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9399(2002)128:5(540)
[63] 龚微, 熊世树, 谭平, 等. 拟负刚度磁流变智能隔震系统振动台试验研究[J]. 建筑结构学报, 2019, 40(12): 1 − 10. GONG Wei, XIONG Shishu, TAN Ping, et al. Shaking table test of smart isolation system with magneto-rheological damper employing pseudo-negative-stiffness control algorithm [J]. Journal of Building Structures, 2019, 40(12): 1 − 10. (in Chinese)
[64] RIGBI Z, JILKÉN L. The response of an elastomer filled with soft ferrite to mechanical and magnetic influences [J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 1983, 37(3): 267 − 276. doi: 10.1016/0304-8853(83)90055-0
[65] HWANG I H, LIM J H, LEE J S. A study on base isolation performance of magneto-sensitive rubbers [J]. Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, 2006, 10(4): 77 − 84. doi: 10.5000/EESK.2006.10.4.077
[66] USMAN M, SUNG S H, JANG D D, et al. Numerical investigation of smart base isolation system employing MR elastomer [J]. Journal of Physics: Conference Series, 2009, 149: 012099. doi: 10.1088/1742-6596/149/1/012099
[67] JUNG H J, EEM S H, JANG D D, et al. Seismic performance analysis of a smart base-isolation system considering dynamics of MR elastomers [J]. Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 2011, 22(13): 1439 − 1450. doi: 10.1177/1045389X11414224
[68] BEHROOZ M, WANG X J, GORDANINEJAD F. Modeling of a new semi-active/passive magnetorheological elastomer isolator [J]. Smart Materials and Structures, 2014, 23(4): 045013. doi: 10.1088/0964-1726/23/4/045013
[69] YARRA S, GORDANINEJAD F, BEHROOZ M, et al. Performance of a large-scale magnetorheological elastomer–based vibration isolator for highway bridges [J]. Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 2018, 29(20): 3890 − 3901. doi: 10.1177/1045389X18799493
[70] LI Y C, LI J C. Development and modeling of a highly-adjustable base isolator utilizing magnetorheological elastomer [C]// Proceedings of the ASME 2013 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems. Snowbird: ASME, 2013.
[71] LI Y C, LI J C, LI W H, et al. Development and characterization of a magnetorheological elastomer based adaptive seismic isolator [J]. Smart Materials and Structures, 2013, 22(3): 035005. doi: 10.1088/0964-1726/22/3/035005
[72] YANG J, SUN S S, DU H, et al. A novel magnetorheological elastomer isolator with negative changing stiffness for vibration reduction [J]. Smart Materials and Structures, 2014, 23(10): 105023. doi: 10.1088/0964-1726/23/10/105023
[73] 臧晓秋, 李学斌, 李东昇, 等. 三向测力盆式橡胶支座的设计及试验研究[J]. 铁道建筑, 2012(4): 1 − 5. doi: 10.3969/j.issn.1003-1995.2012.04.001 ZANG Xiaoqiu, LI Xuebin, LI Dongsheng, et al. Design and experimental study of three-dimentional force measuring basin rubber bearing [J]. Railway Engineering, 2012(4): 1 − 5. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1003-1995.2012.04.001
[74] 熊高波, 杨仁猛, 邹清明. 基于液压传感技术的智能型隔震橡胶支座的性能研究[J]. 预应力技术, 2016(2): 16 − 17. XIONG Gaobo, YANG Renmeng, ZOU Qingming. Performance of intelligent isolation rubber bearing based on hydraulic sensing technology [J]. Prestress Technology, 2016(2): 16 − 17. (in Chinese)
[75] LIU Q, LI G M, JIANG R J, et al. An intelligent monitoring method and its experiment for bridge bearing [C]// Proceedings of the 2016 International Conference on Civil, Transportation and Environment. Dordrecht: Atlantis Press, 2016: 633 − 638.
[76] 王可怡, 姬蕾, 范雁, 等. 广东科学中心隔震支座施工变形及健康监测[J]. 施工技术, 2011, 40(14): 106 − 109. WANG Keyi, JI Lei, FAN Yan, et al. Construction deformation and health monitoring for isolation bearings in Guangdong Science Center [J]. Construction Technology, 2011, 40(14): 106 − 109. (in Chinese)
[77] ZENG Y, PAN P, CAO Y R, et al. Shear deformation detection in smart rubber bearing (SRB) using active sensing method [J]. Engineering Structures, 2021, 242: 112573. doi: 10.1016/j.engstruct.2021.112573
[78] ZENG Y, PAN P. Feasibility study on axial pressure detection in smart rubber bearing (SRB) [J]. Measurement, 2021, 174: 109031. doi: 10.1016/j.measurement.2021.109031
[79] ZENG Y, PAN P, HE Z Z, et al. An innovative method for axial pressure evaluation in smart rubber bearing based on bidirectional long-short term memory neural network [J]. Measurement, 2021, 182: 109653. doi: 10.1016/j.measurement.2021.109653
[80] KAWASAKI Y, TERAMURA N, NOZAKA K, et al. Health monitoring of rubber bearing by using acoustic emission test [C]// Proceedings of the IABSE Workshop: Safety, Robustness and Condition Assessment of Structures. Helsinki: Safety, Robustness and Condition Assessment of Structures, 2015: 228 − 233.
[81] YONEDA Y, MITA A. Nondestructive inspection of a lead rubber bearing using ultrasonic wave [C]// Proceedings of SPIE 6174, Smart Structures and Materials 2006: Sensors and Smart Structures Technologies for Civil, Mechanical, and Aerospace Systems. San Diego: SPIE, 2006: 61740J.
[82] 何永超, 邓长根, 曾康康. 日本高层建筑基础隔震技术的开发和应用[J]. 工业建筑, 2002, 32(5): 29 − 31. doi: 10.3321/j.issn:1000-8993.2002.05.008 HE Yongchao, DENG Changgen, ZENG Kangkang. Development and application of base isolation technology for high-rise buildings in Japan [J]. Industrial Construction, 2002, 32(5): 29 − 31. (in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:1000-8993.2002.05.008
[83] 刘付钧, 林绍明, 黄忠海, 等. 高烈度地区某大底盘多塔层间隔震高层建筑结构方案选型及设计[J]. 建筑结构, 2020, 50(10): 83 − 89, 66. LIU Fujun, LIN Shaoming, HUANG Zhonghai, et al. Structural scheme selection and design of an isolated high-rise building structure with a large chassis and multiple tower-layer in a high-intensity region [J]. Building Structure, 2020, 50(10): 83 − 89, 66. (in Chinese)
[84] TAKAYAMA M. Development and application of seismic isolation and response control of buildings in Japan [C]// Proceedings of 2017 NZSEE Conference. New Zealand: ASME, 2017.
[85] YOSHIDA K, YOSHIDA S, TAKEDA Y. Semi-active control of base isolation using feedforward information of disturbance [C]// Proceedings of the 2nd World Conference on Structural Control, Kyoto, Japan. Chichester: Wiley, 1999: 377 − 386.
[86] FUJITANI H, SODEYAMA H, TOMURA T, et al. Development of 400kN magnetorheological damper for a real base-isolated building [C]// Proceedings of SPIE 5052, Structures and Materials 2003: Damping and Isolation. San Diego: SPIE, 2003: 265 − 276.
[87] SHINOZAKI Y, HOSOZAWA O, TOYAMA J, et al. A design of tall building with semi-active base-isolation system [C]// Proceedings of the 14th World Conference on Earthquake Engineering. Beijing, 2008.
[88] 朱文正, 张季超. 基于智能传感技术的广东科学中心隔震系统实时监测研究[J]. 土木工程学报, 2014, 47(5): 40 − 45. ZHU Wenzheng, ZHANG Jichao. Real time monitoring of isolation system of Guangdong science center based on intelligent sensor technology [J]. China Civil Engineering Journal, 2014, 47(5): 40 − 45. (in Chinese)
[89] 范雁, 张季超, 许勇. 广东科学中心E区隔震支座监测预警指标研究与应用[J]. 工程力学, 2010, 27(增刊 1): 103 − 107. FAN Yan, ZHANG Jichao, XU Yong. Study and application of the early-warming index for isolation bearings monitoring in Guangdong science center E area [J]. Engineering Mechanics, 2010, 27(Suppl 1): 103 − 107. (in Chinese)
-
期刊类型引用(10)
1. 赵佳佳, 张国琛, 吴昊, 李秀辰, 张倩, 娄玉仲, 李航企, 徐斌, 母刚. 菲律宾蛤仔浅海养殖底质离散元接触参数标定与仿真. 农业工程学报. 2025(11) 
百度学术
2. 叶阳升，尧俊凯，蔡德钩，魏文彬，王柯. 高铁路基振动压实机-土耦合系统动力学分析. 工程力学. 2025(01): 241-248 . 本站查看
3. 胡文韬，肖劲，尹江灏，耿大新，徐长节，李顺文，吴文兵. 基于光弹法的颗粒材料直剪试验剪切滑移区研究. 土木与环境工程学报(中英文). 2025(03): 12-20 . 百度学术
4. 郑晓云，徐旭东，钱成雷，王峥，郑海鹰，朱心宇，黄学海. 中主应力对输电线路地基土强度影响研究. 城市建筑. 2024(04): 227-229 . 百度学术
5. 李泽闯，张昊，程培峰，王艳丽. 含粗粒滑带土剪切带演化及空间展布规律研究. 岩土力学. 2024(04): 1067-1080 . 百度学术
6. 孙亭亭，陈瑜，史先振，史言稳. 基于直剪试验的不同黏土力学特性研究. 盐城工学院学报(自然科学版). 2024(01): 31-36 . 百度学术
7. 高欣，李延，黄之辉，周力，赵建军. 石英砂剪切带内部结构演化特征的环剪试验研究. 成都理工大学学报(自然科学版). 2024(02): 316-327 . 百度学术
8. 闫晓妍，杜强，刘超凡. 单调剪切作用下粉砂-结构物接触面受力变形特性的宏细观研究. 内蒙古农业大学学报(自然科学版). 2024(03): 60-67 . 百度学术
9. 童立红，傅力，徐长节. 颗粒旋转对颗粒材料系统抗剪强度影响研究. 工程力学. 2024(11): 125-133 . 本站查看
10. 黄志刚，王轩，傅力，童立红. 加载速率和摩擦系数对颗粒材料系统剪切强度的影响研究. 力学季刊. 2024(04): 1032-1042 . 百度学术
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