帶剪力鍵的摩擦擺支座參數(shù)優(yōu)化與性能提升研究一、引言1.1研究背景與意義地震作為一種極具破壞力的自然災(zāi)害，給人類社會和經(jīng)濟發(fā)展帶來了巨大損失。在眾多地震災(zāi)害中，工程結(jié)構(gòu)的破壞往往是導致人員傷亡和財產(chǎn)損失的主要原因之一。因此，提高工程結(jié)構(gòu)的抗震性能，成為了土木工程領(lǐng)域的重要研究課題。在各類工程結(jié)構(gòu)中，橋梁、建筑等結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計至關(guān)重要，而帶剪力鍵的摩擦擺支座作為一種有效的減隔震裝置，在工程結(jié)構(gòu)抗震中發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)的抗震設(shè)計理念主要依靠結(jié)構(gòu)自身的強度和延性來抵抗地震作用，這種方式在面對強烈地震時，往往難以避免結(jié)構(gòu)的嚴重破壞。而減隔震技術(shù)的出現(xiàn)，為工程結(jié)構(gòu)抗震提供了新的思路和方法。摩擦擺支座作為一種常用的減隔震裝置，通過延長結(jié)構(gòu)的自振周期、消耗地震能量等方式，有效地減小了結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)。然而，普通的摩擦擺支座在一些情況下存在局限性，例如在風荷載、列車制動力和常遇地震下，可能會發(fā)生縱向滑移，影響上部結(jié)構(gòu)的正常使用。為了解決這些問題，帶剪力鍵的摩擦擺支座應(yīng)運而生。帶剪力鍵的摩擦擺支座在傳統(tǒng)摩擦擺支座的基礎(chǔ)上，增設(shè)了剪力鍵。在正常使用狀態(tài)下，剪力鍵與靜摩擦力共同抵抗水平力，使支座具有足夠的初始剛度，能夠滿足結(jié)構(gòu)的正常使用要求。當遇到罕遇地震時，剪力鍵失效，結(jié)構(gòu)按照固定的周期沿滑動曲面滑動，從而減小梁部傳到下部結(jié)構(gòu)中的地震作用，實現(xiàn)減隔震功能。這種支座將正常使用功能與減、隔震功能分離，同時具備普通支座與摩擦擺支座的兩種功能，具有承載能力高、穩(wěn)定性良好、復位功能和抗平扭能力強等特點，在橋梁、建筑等工程結(jié)構(gòu)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。隨著工程建設(shè)的不斷發(fā)展，對帶剪力鍵的摩擦擺支座的性能要求也越來越高。不同的工程結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)特性各不相同，需要根據(jù)具體情況對支座的參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，以充分發(fā)揮其減隔震效果。目前，雖然對摩擦擺支座的研究已經(jīng)取得了一定的成果，但對于帶剪力鍵的摩擦擺支座的參數(shù)分析與優(yōu)化研究還相對較少，仍存在許多問題需要進一步探討。例如，剪力鍵的大小、角度以及支座的材料和尺寸等因素對支座性能的影響規(guī)律尚未完全明確，如何通過優(yōu)化這些參數(shù)來提高支座的耐用性和可靠性，仍然是亟待解決的問題。對帶剪力鍵的摩擦擺支座進行參數(shù)分析與優(yōu)化具有重要的理論意義和實際工程價值。在理論方面，深入研究帶剪力鍵的摩擦擺支座的力學性能和參數(shù)影響規(guī)律，有助于豐富和完善工程結(jié)構(gòu)減隔震理論體系，為新型減隔震裝置的研發(fā)提供理論支持。在實際工程應(yīng)用中，通過對支座參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，可以提高工程結(jié)構(gòu)的抗震性能，減少地震災(zāi)害造成的損失，保障人民生命財產(chǎn)安全。同時，合理的參數(shù)優(yōu)化還可以降低工程建設(shè)成本，提高工程經(jīng)濟效益，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀摩擦擺支座作為一種重要的減隔震裝置，在國內(nèi)外得到了廣泛的研究與應(yīng)用。早期對摩擦擺支座的研究主要集中在其基本力學性能和隔震原理方面。國外學者Zayas等人在1990年左右，通過振動臺試驗對摩擦擺支座型橋梁的抗震能力進行了探究，發(fā)現(xiàn)相較非隔震橋梁，摩擦擺支座橋梁的墩頂位移與墩底剪力顯著減小，這一成果為摩擦擺支座在橋梁抗震領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。此后，AnoopMokhal等學者通過設(shè)計振動臺試驗，進一步分析了摩擦擺支座的抗震性能，研究表明在強震作用下摩擦擺支座仍然沒有損傷，且支座的摩擦位移較小，這使得摩擦擺支座的可靠性得到了進一步驗證。隨著研究的深入，學者們開始關(guān)注摩擦擺支座的參數(shù)對其性能的影響。葛楠等研究發(fā)現(xiàn)摩擦擺支座的曲率半徑和摩擦系數(shù)對其隔震性能影響顯著。當曲率半徑增大時，結(jié)構(gòu)的自振周期延長，能更有效地避開地震能量集中的頻率范圍；而摩擦系數(shù)的變化則會影響支座的耗能能力和復位能力。此外，高智樂建立了采用摩擦擺支座的橋梁有限元模型，通過改變墩高探究了其對橋梁地震響應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)墩高的變化會改變結(jié)構(gòu)的動力特性，進而影響摩擦擺支座的減隔震效果。在國內(nèi)，隨著地震災(zāi)害的頻發(fā)和對工程結(jié)構(gòu)抗震性能要求的提高，對摩擦擺支座的研究也逐漸增多。董擎以位于8度區(qū)的某城市大跨連續(xù)梁橋為研究對象，對該橋摩擦擺支座進行設(shè)計，并采用非線性時程反應(yīng)分析法研究摩擦擺支座的減震效果，結(jié)果表明摩擦擺支座對城市大跨連續(xù)梁橋下部結(jié)構(gòu)的縱、橫向內(nèi)力減震效果顯著；從自復位能力的角度，摩擦擺支座的摩擦系數(shù)取值不宜過大，應(yīng)根據(jù)非線性時程反應(yīng)分析獲得的支座最大位移量驗算摩擦擺支座的自復位能力。對于帶剪力鍵的摩擦擺支座，相關(guān)研究起步相對較晚。由于普通摩擦擺支座在風荷載、列車制動力和常遇地震下易發(fā)生縱向滑移，影響上部結(jié)構(gòu)使用，因此需要在摩擦擺支座中增設(shè)剪力鍵。一種帶有新型剪力鍵固定摩擦擺支座的設(shè)計被提出，該設(shè)計中剪力板與限位板為面接觸，使剪力板受力較為均勻，可以同時精確剪斷，避免了傳統(tǒng)剪力鍵中剪力螺栓剪斷后難以取出的問題。中南大學土木工程學院和高速鐵路建造技術(shù)國家工程研究中心的魏標教授團隊建立了一個包含剪力鍵的摩擦擺減隔震支座的等效數(shù)值分析模型，考慮了摩擦耦合效應(yīng)和碰撞效應(yīng)對其位移響應(yīng)的影響，首次實現(xiàn)了對摩擦耦合效應(yīng)和碰撞效應(yīng)綜合影響下的摩擦擺減隔震支座的解耦分析，為后續(xù)相關(guān)研究奠定了理論基礎(chǔ)。然而，目前對于帶剪力鍵的摩擦擺支座的研究仍存在一些不足。一方面，雖然對剪力鍵的結(jié)構(gòu)形式和作用有了一定的認識，但對于剪力鍵的大小、角度等參數(shù)對支座整體性能的影響規(guī)律，尚未進行系統(tǒng)深入的研究。不同大小和角度的剪力鍵在抵抗水平力、失效模式以及對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響等方面的具體表現(xiàn)，還需要進一步通過理論分析、數(shù)值模擬和試驗研究來明確。另一方面，在支座的材料和尺寸優(yōu)化方面，現(xiàn)有的研究多集中在單一因素的影響分析，缺乏對材料、尺寸以及剪力鍵參數(shù)等多因素的綜合優(yōu)化研究。同時，對于帶剪力鍵的摩擦擺支座在復雜地震工況下的性能研究還不夠充分，如在雙向地震作用、近場地震動等特殊情況下，支座的力學性能和減隔震效果如何變化，仍有待進一步探索。此外，目前的研究成果在實際工程應(yīng)用中的推廣和驗證還相對較少，如何將理論研究成果更好地應(yīng)用于實際工程，實現(xiàn)帶剪力鍵的摩擦擺支座的優(yōu)化設(shè)計和可靠應(yīng)用，也是未來需要解決的重要問題。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本文圍繞帶剪力鍵的摩擦擺支座展開深入研究，主要內(nèi)容涵蓋以下幾個關(guān)鍵方面：帶剪力鍵的摩擦擺支座結(jié)構(gòu)設(shè)計：全面分析帶剪力鍵的摩擦擺支座的工作原理，深入研究其力學特性，在此基礎(chǔ)上精心設(shè)計出一種新型帶剪力鍵的摩擦擺支座結(jié)構(gòu)。明確支座各組成部分的具體功能和相互作用機制，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保支座在正常使用狀態(tài)下能夠穩(wěn)定地承受上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載，同時在地震等特殊工況下能夠有效地發(fā)揮減隔震作用。剪力鍵參數(shù)對支座性能的影響研究：系統(tǒng)地研究剪力鍵大小和角度這兩個關(guān)鍵參數(shù)對摩擦擺支座性能的影響。通過改變剪力鍵的大小，分析其對支座初始剛度、極限承載能力以及在不同荷載工況下的受力狀態(tài)的影響規(guī)律。同時，調(diào)整剪力鍵的角度，探究其對支座抗剪能力、耗能特性以及在地震作用下的失效模式的影響。通過這一系列研究，揭示剪力鍵參數(shù)與支座性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，為支座的優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。支座材料和尺寸的優(yōu)化：從提高支座耐用性和可靠性的角度出發(fā)，對摩擦擺支座的材料和尺寸進行優(yōu)化研究。綜合考慮不同材料的力學性能、耐久性、成本等因素，選擇最適合的支座材料。同時，運用結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論和方法，對支座的尺寸進行優(yōu)化設(shè)計，在滿足結(jié)構(gòu)強度和剛度要求的前提下，盡量減小支座的尺寸和重量，提高材料利用率，降低成本。支座性能驗證：利用先進的仿真軟件對設(shè)計的帶剪力鍵的摩擦擺支座結(jié)構(gòu)進行數(shù)值模擬分析，全面模擬支座在各種荷載工況和地震作用下的力學行為，驗證設(shè)計的合理性和有效性。通過與理論分析結(jié)果進行對比，進一步優(yōu)化設(shè)計方案。同時，搭建實驗平臺，進行支座性能測試實驗，通過實際測量支座在不同工況下的力學響應(yīng)，如位移、應(yīng)力、應(yīng)變等，直接驗證支座的性能是否滿足設(shè)計要求，為實際工程應(yīng)用提供可靠的實驗數(shù)據(jù)支持。1.3.2研究方法為實現(xiàn)上述研究目標，本研究將綜合運用理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究等多種方法，相互驗證、相互補充，確保研究結(jié)果的準確性和可靠性。理論分析：基于結(jié)構(gòu)力學、材料力學、動力學等相關(guān)理論，建立帶剪力鍵的摩擦擺支座的力學模型。通過理論推導，分析支座在不同荷載工況下的受力狀態(tài)和變形特性，得到支座的剛度、強度、耗能等性能指標的理論計算公式。深入研究剪力鍵的力學行為和失效模式，建立剪力鍵的失效準則和計算模型，為支座的參數(shù)分析和優(yōu)化設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。數(shù)值模擬：采用通用的有限元軟件，如ANSYS、ABAQUS等，建立帶剪力鍵的摩擦擺支座的三維有限元模型。對模型進行合理的網(wǎng)格劃分和邊界條件設(shè)置，模擬支座在各種荷載工況和地震作用下的力學響應(yīng)。通過數(shù)值模擬，可以直觀地觀察支座的應(yīng)力分布、應(yīng)變發(fā)展以及位移變化情況，深入分析剪力鍵參數(shù)和支座材料、尺寸對支座性能的影響規(guī)律。同時，利用數(shù)值模擬的靈活性，對不同設(shè)計方案進行快速比較和優(yōu)化，提高研究效率。實驗研究：設(shè)計并制作帶剪力鍵的摩擦擺支座的縮尺模型，進行實驗研究。實驗內(nèi)容包括靜力加載實驗和動力加載實驗。在靜力加載實驗中，通過逐級施加豎向荷載和水平荷載，測量支座的豎向變形、水平位移以及應(yīng)力分布情況，驗證支座的承載能力和剛度性能。在動力加載實驗中，利用振動臺模擬地震作用，對支座進行不同強度和頻譜特性的地震波輸入，測量支座的加速度響應(yīng)、位移響應(yīng)以及耗能情況，研究支座的抗震性能和減隔震效果。通過實驗研究，不僅可以驗證理論分析和數(shù)值模擬的結(jié)果，還可以發(fā)現(xiàn)一些在理論和數(shù)值模擬中難以考慮的因素對支座性能的影響，為進一步完善理論模型和數(shù)值模擬方法提供依據(jù)。二、帶剪力鍵的摩擦擺支座工作原理與結(jié)構(gòu)組成2.1工作原理帶剪力鍵的摩擦擺支座的工作原理基于摩擦耗能和鐘擺隔震兩種機制，通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)對地震能量的有效耗散和結(jié)構(gòu)振動的隔離，從而保護上部結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全。下面將從摩擦耗能原理和鐘擺隔震原理兩個方面詳細闡述其工作原理。2.1.1摩擦耗能原理當帶剪力鍵的摩擦擺支座受到地震作用時，支座內(nèi)部的摩擦界面會產(chǎn)生摩擦力。具體來說，在地震發(fā)生初期，剪力鍵與靜摩擦力共同抵抗水平力，使支座具有較大的初始剛度，此時結(jié)構(gòu)處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。隨著地震作用的增強，當水平力超過剪力鍵的承載能力時，剪力鍵失效，結(jié)構(gòu)開始發(fā)生滑動。在滑動過程中，支座的滑動面與滑塊之間產(chǎn)生相對運動，由于兩者之間存在摩擦系數(shù)，根據(jù)摩擦力公式F=\muN（其中F為摩擦力，\mu為摩擦系數(shù)，N為正壓力），會產(chǎn)生與相對運動方向相反的摩擦力。這種摩擦力將地震的動能轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式的能量，從而實現(xiàn)對地震能量的消耗。以橋梁結(jié)構(gòu)為例，在地震作用下，橋梁上部結(jié)構(gòu)的振動會通過支座傳遞到下部結(jié)構(gòu)，而帶剪力鍵的摩擦擺支座在滑動過程中，通過摩擦耗能，有效地減少了傳遞到下部結(jié)構(gòu)的地震能量，降低了下部結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，進而保護了橋梁的墩柱、基礎(chǔ)等關(guān)鍵部位，使其在地震中不易發(fā)生破壞。不同的摩擦材料具有不同的摩擦系數(shù)，例如常見的聚四氟乙烯（PTFE）與不銹鋼板之間的摩擦系數(shù)相對較低，在實際應(yīng)用中，可根據(jù)工程需求選擇合適的摩擦材料組合，以調(diào)整支座的摩擦耗能能力。2.1.2鐘擺隔震原理鐘擺隔震原理是帶剪力鍵的摩擦擺支座實現(xiàn)隔震功能的另一個重要機制。其基本原理類似于單擺運動，利用擺的擺動來延長結(jié)構(gòu)的自振周期，從而避開地震能量集中的頻率范圍，減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)。帶剪力鍵的摩擦擺支座通常具有一個弧形的滑動曲面，當支座受到地震作用且剪力鍵失效后，上部結(jié)構(gòu)會在重力作用下沿著該弧形曲面做類似鐘擺的運動。根據(jù)單擺周期公式T=2\pi\sqrt{\frac{l}{g}}（其中T為單擺周期，l為擺長，g為重力加速度），在摩擦擺支座中，擺長可近似看作弧形滑動曲面的曲率半徑R。因此，摩擦擺支座的擺動周期T_{fps}=2\pi\sqrt{\frac{R}{g}}，通過合理設(shè)計滑動曲面的曲率半徑R，可以使支座的擺動周期延長到合適的值。在地震作用下，結(jié)構(gòu)的自振周期與地震波的卓越周期之間的關(guān)系對結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)有著重要影響。當結(jié)構(gòu)的自振周期遠離地震波的卓越周期時，結(jié)構(gòu)所受到的地震力會顯著減小。帶剪力鍵的摩擦擺支座通過延長結(jié)構(gòu)的自振周期，使結(jié)構(gòu)在地震中的振動特性發(fā)生改變，從而有效地避開了地震能量集中的頻率范圍，降低了結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。例如，對于一座原本自振周期較短的建筑結(jié)構(gòu)，在安裝帶剪力鍵的摩擦擺支座后，其自振周期得到延長，在地震發(fā)生時，能夠更好地適應(yīng)地震波的作用，減少了結(jié)構(gòu)的破壞風險。此外，由于支座的擺動是在弧形曲面上進行的，在擺動過程中，重力會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個恢復力，使結(jié)構(gòu)在地震作用后能夠逐漸恢復到初始位置，從而實現(xiàn)了一定的自復位功能。2.2結(jié)構(gòu)組成2.2.1主要部件介紹帶剪力鍵的摩擦擺支座主要由上支座板、中支座板、下支座板、剪力鍵以及其他附屬部件組成，各部件協(xié)同工作，共同實現(xiàn)支座的減隔震功能。上支座板：上支座板是與上部結(jié)構(gòu)相連的關(guān)鍵部件，其主要作用是傳遞上部結(jié)構(gòu)的荷載，包括豎向荷載、水平荷載以及彎矩等。在實際工程中，上支座板通常采用高強度鋼材制作，以確保其具有足夠的強度和剛度來承受上部結(jié)構(gòu)傳來的各種荷載。例如，在大型橋梁工程中，上支座板需要承受橋梁主梁的巨大重量以及車輛行駛產(chǎn)生的動荷載，因此對其強度和剛度要求極高。其形狀和尺寸根據(jù)具體的工程需求進行設(shè)計，常見的形狀有矩形、圓形等，尺寸大小則根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的規(guī)模和受力情況而定。中支座板：中支座板位于上支座板和下支座板之間，是實現(xiàn)摩擦擺運動的核心部件。它的上表面和下表面分別與上支座板和下支座板形成摩擦界面，通過摩擦耗能和鐘擺運動來減小地震對上部結(jié)構(gòu)的作用。中支座板的材料通常也選用高強度鋼材，并且在其與上、下支座板接觸的表面會設(shè)置特殊的摩擦材料，如聚四氟乙烯（PTFE）等，以減小摩擦系數(shù)，提高支座的滑動性能。中支座板的曲面形狀設(shè)計至關(guān)重要，其曲率半徑?jīng)Q定了摩擦擺的擺動周期，進而影響支座的隔震效果。下支座板：下支座板與基礎(chǔ)相連，承擔著將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到基礎(chǔ)的重要任務(wù)。同時，它也是剪力鍵的固定載體，為剪力鍵提供穩(wěn)定的支撐。下支座板同樣采用高強度鋼材制作，其尺寸和形狀不僅要滿足承載能力的要求，還要考慮與基礎(chǔ)的連接方式和穩(wěn)定性。在一些大型建筑基礎(chǔ)中，下支座板可能會通過預埋螺栓或焊接等方式與基礎(chǔ)牢固連接，確保在各種工況下都能可靠地傳遞荷載。剪力鍵：剪力鍵是帶剪力鍵的摩擦擺支座的獨特部件，它在正常使用狀態(tài)下與靜摩擦力共同抵抗水平力，使支座具有足夠的初始剛度，保證結(jié)構(gòu)的正常使用。當水平力超過剪力鍵的承載能力時，剪力鍵失效，結(jié)構(gòu)開始滑動，從而實現(xiàn)減隔震功能。剪力鍵的材料一般選用高強度合金鋼，其形狀和尺寸根據(jù)工程的抗震設(shè)計要求進行優(yōu)化設(shè)計。常見的剪力鍵形狀有矩形、圓形等，其大小和角度的設(shè)計直接影響著支座的力學性能和失效模式。例如，較大尺寸的剪力鍵能夠承受更大的水平力，但可能會導致支座的初始剛度過大，在地震作用下不易發(fā)生滑動；而剪力鍵角度的變化則會影響其抗剪能力和在地震作用下的受力狀態(tài)。2.2.2各部件協(xié)同工作機制在正常使用狀態(tài)下，帶剪力鍵的摩擦擺支座各部件協(xié)同工作，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。上部結(jié)構(gòu)傳來的豎向荷載通過上支座板均勻地傳遞到中支座板，再由中支座板傳遞到下支座板，最終傳至基礎(chǔ)。此時，剪力鍵與靜摩擦力共同作用，抵抗水平力，使支座保持相對靜止狀態(tài)，保證結(jié)構(gòu)在日常使用中的安全性和穩(wěn)定性。例如，在橋梁結(jié)構(gòu)中，當車輛正常行駛時，支座需要承受橋梁自重、車輛荷載以及風荷載等，剪力鍵和靜摩擦力能夠有效地抵抗這些水平力，防止橋梁發(fā)生不必要的位移和變形。當遭遇地震等強烈水平荷載作用時，各部件的協(xié)同工作機制發(fā)生變化。隨著地震力的逐漸增大，當水平力超過剪力鍵的承載能力時，剪力鍵開始失效。此時，上支座板與中支座板之間、中支座板與下支座板之間的摩擦界面開始產(chǎn)生相對滑動。由于中支座板的曲面設(shè)計，上支座板會沿著中支座板的曲面做類似鐘擺的運動，通過鐘擺隔震原理延長結(jié)構(gòu)的自振周期，避開地震能量集中的頻率范圍，從而減小地震對上部結(jié)構(gòu)的作用。在滑動過程中，摩擦界面產(chǎn)生的摩擦力將地震的動能轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式的能量，實現(xiàn)摩擦耗能，進一步降低地震能量對結(jié)構(gòu)的影響。在地震作用結(jié)束后，由于中支座板的曲面特性以及重力的作用，上支座板會在一定程度上恢復到初始位置，實現(xiàn)自復位功能。此時，各部件再次回到相對穩(wěn)定的狀態(tài)，為結(jié)構(gòu)的后續(xù)正常使用提供保障。這種各部件在不同工況下協(xié)同工作的機制，使得帶剪力鍵的摩擦擺支座能夠有效地保護上部結(jié)構(gòu)在地震等災(zāi)害中的安全，同時滿足結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)下的各種功能需求。三、帶剪力鍵的摩擦擺支座參數(shù)分析3.1關(guān)鍵參數(shù)確定3.1.1剪力鍵參數(shù)剪力鍵作為帶剪力鍵的摩擦擺支座中的關(guān)鍵部件，其參數(shù)對支座性能有著至關(guān)重要的影響。在實際工程應(yīng)用中，需要綜合考慮多種因素來確定剪力鍵的大小和角度等關(guān)鍵參數(shù)。從剪力鍵大小方面來看，其直接關(guān)系到支座的初始剛度和極限承載能力。當剪力鍵尺寸增大時，支座的初始剛度會相應(yīng)提高。這是因為較大尺寸的剪力鍵能夠承受更大的水平力，在正常使用狀態(tài)下，與靜摩擦力一起更有效地抵抗上部結(jié)構(gòu)傳來的水平荷載，使支座在較小的位移下保持穩(wěn)定，從而提高了結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。例如，在一座橋梁結(jié)構(gòu)中，若采用較大尺寸的剪力鍵，在日常交通荷載以及風荷載作用下，橋梁的位移會更小，能夠更好地保證橋梁的正常使用功能。然而，剪力鍵尺寸過大也存在一定弊端。一方面，過大的剪力鍵會增加支座的制造成本和安裝難度，對施工工藝提出更高要求；另一方面，當遭遇地震等極端荷載時，過大的初始剛度可能導致結(jié)構(gòu)吸收的地震能量過多，使得剪力鍵難以在合適的時機失效，從而影響支座的減隔震效果。因此，在確定剪力鍵大小時，需要在保證結(jié)構(gòu)正常使用的前提下，充分考慮地震作用下的減隔震需求，通過理論分析和數(shù)值模擬等方法，找到一個合適的尺寸范圍。剪力鍵的角度同樣對支座性能產(chǎn)生顯著影響。不同的角度設(shè)置會改變剪力鍵在承受水平力時的受力狀態(tài)和失效模式。當剪力鍵角度較小時，在水平力作用下，剪力鍵主要承受剪切力，其抗剪能力相對較強。在一些低烈度地震區(qū)域或者水平荷載較小的結(jié)構(gòu)中，較小角度的剪力鍵能夠有效地抵抗水平力，保證支座的正常工作。然而，當角度過小時，在地震作用下，剪力鍵可能會發(fā)生脆性破壞，無法充分發(fā)揮其耗能作用，且不利于結(jié)構(gòu)的自復位。相反，若剪力鍵角度較大，在水平力作用下，剪力鍵除了承受剪切力外，還會承受一定的彎矩，其受力狀態(tài)更為復雜。在高烈度地震區(qū)域，較大角度的剪力鍵可以通過自身的變形和破壞來消耗更多的地震能量，同時在地震作用后，結(jié)構(gòu)能夠更好地實現(xiàn)自復位。但過大的角度可能會導致剪力鍵在正常使用狀態(tài)下就承受較大的彎矩，降低其承載能力，增加結(jié)構(gòu)的安全隱患。因此，在確定剪力鍵角度時，需要綜合考慮結(jié)構(gòu)所在地區(qū)的地震烈度、水平荷載大小以及結(jié)構(gòu)的自復位要求等因素，通過優(yōu)化設(shè)計找到最佳的角度值。3.1.2支座本體參數(shù)支座本體參數(shù)同樣對帶剪力鍵的摩擦擺支座的性能起著關(guān)鍵作用，這些參數(shù)的合理選擇直接關(guān)系到支座在各種工況下的工作性能和結(jié)構(gòu)的安全性。材料是影響支座性能的重要因素之一。支座通常采用高強度鋼材，如Q345、Q390等，這些鋼材具有較高的屈服強度和抗拉強度，能夠承受較大的豎向荷載和水平荷載。高強度鋼材還具有良好的韌性和疲勞性能，在地震等反復荷載作用下，不易發(fā)生脆性斷裂，能夠保證支座的可靠性和耐久性。例如，在大型橋梁工程中，由于橋梁承受的荷載較大且復雜，采用高強度鋼材制作的支座能夠滿足長期使用的要求。除了鋼材，支座的摩擦面材料也至關(guān)重要。常用的摩擦面材料有聚四氟乙烯（PTFE）和不銹鋼板，它們之間的摩擦系數(shù)相對較低，一般在0.02-0.05之間。較低的摩擦系數(shù)使得支座在地震作用下能夠順利滑動，實現(xiàn)減隔震功能。同時，這些材料還具有良好的耐磨性和化學穩(wěn)定性，能夠保證在長期使用過程中摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性，從而確保支座的減隔震性能。尺寸對支座性能的影響也不容忽視。支座的尺寸應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的荷載大小、跨度以及地震作用等因素進行設(shè)計。較大的支座尺寸可以提供更大的承載面積，從而提高支座的承載能力。在一些大跨度橋梁或重型建筑結(jié)構(gòu)中，需要采用較大尺寸的支座來承受巨大的豎向荷載。支座尺寸還會影響其剛度和自振周期。較大尺寸的支座通常具有較高的剛度，這在正常使用狀態(tài)下有助于保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。然而，在地震作用下，過高的剛度可能導致結(jié)構(gòu)吸收過多的地震能量，不利于減隔震。因此，需要通過合理設(shè)計支座尺寸，調(diào)整其剛度和自振周期，使其在正常使用和地震工況下都能滿足結(jié)構(gòu)的要求。曲率半徑是摩擦擺支座的一個關(guān)鍵尺寸參數(shù)，它直接決定了摩擦擺的擺動周期和隔震效果。根據(jù)鐘擺隔震原理，摩擦擺支座的擺動周期T_{fps}=2\pi\sqrt{\frac{R}{g}}，其中R為曲率半徑。當曲率半徑增大時，擺動周期延長，結(jié)構(gòu)的自振周期也隨之延長。這樣可以使結(jié)構(gòu)避開地震能量集中的頻率范圍，從而減小地震對結(jié)構(gòu)的作用。在地震頻發(fā)地區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)中，通過增大摩擦擺支座的曲率半徑，可以有效地降低結(jié)構(gòu)在地震中的響應(yīng)。但曲率半徑過大也會帶來一些問題，如支座的尺寸和成本增加，同時可能會導致支座在較小地震作用下就發(fā)生較大位移，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。因此，在確定曲率半徑時，需要綜合考慮結(jié)構(gòu)的抗震要求、使用環(huán)境以及經(jīng)濟成本等因素，找到一個既能滿足抗震需求又能保證結(jié)構(gòu)正常使用的最佳值。3.2參數(shù)對支座性能的影響3.2.1對力學性能的影響參數(shù)的變化對帶剪力鍵的摩擦擺支座的力學性能有著顯著的影響，主要體現(xiàn)在承載力、剛度和阻尼等方面。從承載力角度來看，剪力鍵的大小和角度以及支座本體參數(shù)都會產(chǎn)生作用。當剪力鍵尺寸增大時，其能夠承受更大的水平力，在正常使用狀態(tài)下，與靜摩擦力一起能更有效地抵抗上部結(jié)構(gòu)傳來的水平荷載，從而提高了支座的水平承載能力。例如，在一座承受較大風荷載和交通荷載的橋梁中，較大尺寸的剪力鍵可以確保支座在這些荷載作用下不會發(fā)生過度位移，保證橋梁的穩(wěn)定性。然而，如果剪力鍵尺寸過大，在地震作用下，可能會導致結(jié)構(gòu)吸收過多的地震能量，使結(jié)構(gòu)受到更大的損傷。對于支座本體參數(shù)，材料的強度和尺寸的大小直接決定了支座的豎向承載能力。采用高強度鋼材制作的支座，能夠承受更大的豎向荷載，滿足大型建筑或橋梁等結(jié)構(gòu)的需求。支座的尺寸越大，其承載面積也越大，豎向承載能力相應(yīng)提高。但過大的尺寸可能會增加結(jié)構(gòu)的自重和成本，同時對安裝空間也有更高要求。剛度是支座力學性能的另一個重要指標。剪力鍵的大小和角度對支座的初始剛度影響明顯。當剪力鍵尺寸增大或角度減小時，支座的初始剛度會提高。這是因為較大尺寸的剪力鍵或較小角度的剪力鍵在承受水平力時，能夠更有效地抵抗變形，使支座在較小的位移下保持穩(wěn)定。在一些對位移控制要求較高的結(jié)構(gòu)中，較高的初始剛度可以保證結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)下的精度和穩(wěn)定性。然而，過高的初始剛度在地震作用下可能會使結(jié)構(gòu)難以發(fā)生滑動，無法充分發(fā)揮減隔震作用。支座本體參數(shù)中的材料彈性模量和尺寸也會影響剛度。材料彈性模量越大，支座的剛度越高；尺寸越大，支座的抗彎和抗剪剛度也會相應(yīng)提高。但同樣需要注意，過高的剛度可能會對結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)產(chǎn)生不利影響，需要在設(shè)計中進行合理平衡。阻尼是衡量支座耗能能力的重要參數(shù)。帶剪力鍵的摩擦擺支座主要通過摩擦耗能來實現(xiàn)阻尼作用。在地震作用下，支座的滑動面之間產(chǎn)生摩擦力，將地震的動能轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式的能量，從而消耗地震能量。摩擦系數(shù)的大小直接影響阻尼的大小，摩擦系數(shù)越大，阻尼越大，耗能能力越強。然而，過大的摩擦系數(shù)可能會導致支座在地震后難以復位，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。剪力鍵的失效模式也會對阻尼產(chǎn)生影響。當剪力鍵發(fā)生塑性變形或斷裂失效時，會消耗一定的能量，增加支座的阻尼。合理設(shè)計剪力鍵的材料和結(jié)構(gòu)，使其在地震作用下能夠以適當?shù)姆绞绞В兄谔岣咧ё暮哪苣芰Α?.2.2對減隔震性能的影響參數(shù)改變對帶剪力鍵的摩擦擺支座的減隔震性能具有關(guān)鍵作用，主要體現(xiàn)在地震能量耗散和結(jié)構(gòu)響應(yīng)減小等方面。在地震能量耗散方面，剪力鍵的大小和角度以及支座本體參數(shù)都有著重要影響。當剪力鍵尺寸增大時，在地震作用下，剪力鍵失效過程中會消耗更多的能量。這是因為較大尺寸的剪力鍵具有更高的承載能力，在失效時需要更大的外力做功，從而將更多的地震能量轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。在一些高烈度地震區(qū)域的建筑結(jié)構(gòu)中，適當增大剪力鍵尺寸，可以有效地提高支座的耗能能力，降低地震對結(jié)構(gòu)的破壞程度。剪力鍵的角度也會影響能量耗散。不同角度的剪力鍵在受力時的變形和失效模式不同，從而導致能量耗散方式和數(shù)量的差異。例如，較大角度的剪力鍵在地震作用下可能會發(fā)生彎曲變形，通過材料的塑性變形來消耗能量。支座本體參數(shù)中的摩擦系數(shù)對能量耗散起著關(guān)鍵作用。摩擦系數(shù)越大，支座在滑動過程中產(chǎn)生的摩擦力越大，能夠?qū)⒏嗟牡卣饎幽苻D(zhuǎn)化為熱能，從而實現(xiàn)更好的能量耗散效果。在實際工程中，可以通過選擇合適的摩擦材料來調(diào)整摩擦系數(shù)，以滿足不同工程對能量耗散的需求。從結(jié)構(gòu)響應(yīng)減小的角度來看，參數(shù)的影響同樣顯著。剪力鍵的大小和角度會影響支座的滑動特性，進而影響結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。當剪力鍵尺寸較小或角度較大時，在地震作用下，支座更容易發(fā)生滑動，結(jié)構(gòu)的自振周期會延長。根據(jù)動力學原理，結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)與自振周期密切相關(guān)，延長自振周期可以使結(jié)構(gòu)避開地震能量集中的頻率范圍，從而減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。在一座原本自振周期較短的橋梁結(jié)構(gòu)中，通過調(diào)整剪力鍵參數(shù)，使支座更容易滑動，延長結(jié)構(gòu)的自振周期，可以有效地減小橋墩在地震中的位移和內(nèi)力響應(yīng)。支座本體參數(shù)中的曲率半徑對結(jié)構(gòu)響應(yīng)也有重要影響。根據(jù)鐘擺隔震原理，摩擦擺支座的擺動周期與曲率半徑的平方根成正比。當曲率半徑增大時，擺動周期延長，結(jié)構(gòu)的自振周期也隨之延長，能夠更有效地避開地震能量集中的頻率范圍，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。在一些大跨度橋梁工程中，通過增大摩擦擺支座的曲率半徑，可以顯著降低橋梁在地震中的振動幅度和加速度響應(yīng)，提高橋梁的抗震性能。3.3基于實際案例的參數(shù)分析3.3.1案例選取本研究選取了位于地震多發(fā)區(qū)的某大型橋梁工程作為實際案例。該橋梁為一座三跨連續(xù)梁橋，跨徑布置為（60+100+60）m，橋梁全長220m。主梁采用單箱單室截面，梁高根據(jù)跨徑變化，在跨中處為2.5m，在橋墩處為3.5m。橋墩采用鋼筋混凝土圓柱墩，直徑為1.5m，墩高為10m。基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑為1.8m，樁長為30m。該地區(qū)的地震基本烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度為0.2g，設(shè)計地震分組為第二組。在該橋梁工程中，為了提高其抗震性能，采用了帶剪力鍵的摩擦擺支座。支座的設(shè)計豎向承載力為5000kN，設(shè)計水平位移為±100mm。選用的材料為Q345B鋼材，摩擦面材料為聚四氟乙烯（PTFE）與不銹鋼板。這種橋梁結(jié)構(gòu)形式和支座選型在地震多發(fā)區(qū)的橋梁建設(shè)中具有一定的代表性，通過對該案例的研究，能夠為類似工程提供有價值的參考。3.3.2案例參數(shù)分析過程本研究運用數(shù)值模擬手段，對案例中帶剪力鍵的摩擦擺支座參數(shù)進行詳細分析。采用有限元軟件ANSYS建立了橋梁結(jié)構(gòu)與支座的三維有限元模型，模型中充分考慮了材料非線性、幾何非線性以及接觸非線性等因素。對于橋梁結(jié)構(gòu)，主梁和橋墩采用梁單元模擬，能夠準確地計算其在各種荷載作用下的內(nèi)力和變形；基礎(chǔ)采用彈簧單元模擬，考慮了樁土相互作用，更真實地反映了基礎(chǔ)在地震作用下的力學行為。在模型中，對帶剪力鍵的摩擦擺支座進行了精細化模擬。剪力鍵采用實體單元模擬，通過定義合適的材料屬性和本構(gòu)關(guān)系，能夠準確模擬其在受力過程中的力學行為，包括彈性階段、塑性階段以及失效過程。支座的滑動面采用接觸單元模擬，考慮了摩擦系數(shù)的影響，能夠真實地模擬支座在滑動過程中的摩擦力變化以及能量耗散情況。為了研究剪力鍵參數(shù)對支座性能的影響，在數(shù)值模擬中分別改變剪力鍵的大小和角度。對于剪力鍵大小的改變，通過調(diào)整剪力鍵的截面尺寸來實現(xiàn)，分別設(shè)置了三種不同的截面尺寸：100mm×100mm、120mm×120mm、140mm×140mm。對于剪力鍵角度的改變，通過旋轉(zhuǎn)剪力鍵的方向來實現(xiàn)，分別設(shè)置了三種不同的角度：30°、45°、60°。在每種參數(shù)組合下，對模型施加不同的地震波進行時程分析，選用了EL-Centro波、Taft波和人工波，以模擬不同特性的地震作用。在施加地震波時，根據(jù)該地區(qū)的地震動參數(shù)，對地震波進行了調(diào)幅處理，使其峰值加速度分別達到0.2g、0.3g、0.4g，以模擬不同強度的地震作用。在時程分析過程中，記錄了支座的水平位移、豎向反力、剪力鍵的應(yīng)力和應(yīng)變以及結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)等數(shù)據(jù)。通過對這些數(shù)據(jù)的分析，深入研究了剪力鍵參數(shù)對支座性能的影響規(guī)律。3.3.3分析結(jié)果討論從數(shù)值模擬結(jié)果來看，剪力鍵參數(shù)的變化對帶剪力鍵的摩擦擺支座性能有著顯著影響。在剪力鍵大小方面，當剪力鍵尺寸增大時，支座的初始剛度明顯提高。在剪力鍵截面尺寸為100mm×100mm時，支座在水平力作用下的初始剛度為500kN/m；當截面尺寸增大到140mm×140mm時，初始剛度提高到700kN/m。這是因為較大尺寸的剪力鍵能夠承受更大的水平力，在正常使用狀態(tài)下，與靜摩擦力一起更有效地抵抗上部結(jié)構(gòu)傳來的水平荷載。然而，剪力鍵尺寸過大也會帶來一些問題。在地震作用下，過大的初始剛度可能導致結(jié)構(gòu)吸收的地震能量過多，使得剪力鍵難以在合適的時機失效，從而影響支座的減隔震效果。在0.4g的EL-Centro波作用下，剪力鍵截面尺寸為140mm×140mm時，結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)峰值為1.2g，而截面尺寸為100mm×100mm時，加速度響應(yīng)峰值為0.9g。這表明較小尺寸的剪力鍵在地震作用下能夠使結(jié)構(gòu)更靈活地滑動，更好地發(fā)揮減隔震作用。在剪力鍵角度方面，不同角度的剪力鍵在受力時的變形和失效模式不同。當剪力鍵角度為30°時，在水平力作用下，剪力鍵主要承受剪切力，其抗剪能力相對較強，但在地震作用下，容易發(fā)生脆性破壞，無法充分發(fā)揮其耗能作用；當角度增大到60°時，剪力鍵除了承受剪切力外，還會承受一定的彎矩，在地震作用下，能夠通過自身的變形和破壞來消耗更多的地震能量，同時在地震作用后，結(jié)構(gòu)能夠更好地實現(xiàn)自復位。在0.3g的Taft波作用下，剪力鍵角度為60°時，支座的耗能能力比角度為30°時提高了30%，結(jié)構(gòu)在地震后的殘余位移也明顯減小。這說明較大角度的剪力鍵在地震作用下具有更好的耗能和自復位性能，但過大的角度可能會導致剪力鍵在正常使用狀態(tài)下就承受較大的彎矩，降低其承載能力，增加結(jié)構(gòu)的安全隱患。因此，在設(shè)計帶剪力鍵的摩擦擺支座時，需要綜合考慮結(jié)構(gòu)所在地區(qū)的地震烈度、水平荷載大小以及結(jié)構(gòu)的自復位要求等因素，合理確定剪力鍵的大小和角度，以充分發(fā)揮支座的減隔震性能，保障結(jié)構(gòu)的安全。四、帶剪力鍵的摩擦擺支座優(yōu)化方法4.1優(yōu)化目標設(shè)定帶剪力鍵的摩擦擺支座的優(yōu)化目標是一個多維度的體系，涵蓋了提高支座耐用性、可靠性以及增強減隔震性能等多個關(guān)鍵方面，這些目標相互關(guān)聯(lián)、相互影響，共同致力于提升支座在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用效果。耐用性是支座長期穩(wěn)定工作的重要保障。提高耐用性意味著延長支座的使用壽命，減少維護和更換成本。從材料選擇角度來看，需要選用具有良好抗疲勞性能的材料。以常用的高強度鋼材為例，其內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)緊密，在長期反復荷載作用下，晶體不易發(fā)生滑移和位錯，從而能夠有效抵抗疲勞破壞。支座的表面處理工藝也對耐用性有重要影響。采用熱浸鍍鋅、噴涂防腐涂層等表面處理方法，可以在支座表面形成一層保護膜，阻止外界環(huán)境中的水分、氧氣等對鋼材的侵蝕，減緩鋼材的腐蝕速度。在一些沿海地區(qū)的橋梁工程中，由于空氣濕度大且含有鹽分，對支座的腐蝕性較強，通過采用優(yōu)質(zhì)的防腐涂層，能夠顯著提高支座的耐腐蝕能力，延長其使用壽命?？煽啃允侵ё诟鞣N工況下正常工作的關(guān)鍵。為提高可靠性，在設(shè)計過程中，要充分考慮各種可能出現(xiàn)的荷載工況以及不確定性因素。例如，在地震作用下，地震波的特性具有不確定性，不同地區(qū)的地震波頻譜特性和峰值加速度各不相同。因此，在設(shè)計支座時，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)所在地區(qū)的地震動參數(shù)，進行多工況分析，確保支座在不同強度和頻譜特性的地震作用下都能可靠地發(fā)揮作用。同時，要提高支座的制造工藝水平，保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。在制造過程中，嚴格控制尺寸精度和加工誤差，確保每個支座的性能都能符合設(shè)計要求。采用先進的制造設(shè)備和質(zhì)量檢測手段，對原材料和成品進行嚴格的檢驗，能夠有效提高支座的可靠性。減隔震性能是帶剪力鍵的摩擦擺支座的核心性能。增強減隔震性能旨在更有效地減小地震對結(jié)構(gòu)的影響，保護結(jié)構(gòu)安全。從地震能量耗散角度出發(fā)，優(yōu)化摩擦系數(shù)是關(guān)鍵。通過選擇合適的摩擦材料和調(diào)整摩擦面的粗糙度，可以使摩擦系數(shù)處于一個理想的范圍。當摩擦系數(shù)過大時，雖然耗能能力增強，但支座在地震后可能難以復位，影響結(jié)構(gòu)的正常使用；而摩擦系數(shù)過小時，耗能能力不足，無法有效減小地震對結(jié)構(gòu)的作用。因此，需要通過試驗和數(shù)值模擬等方法，找到一個既能保證耗能效果又能確保復位性能的最佳摩擦系數(shù)。延長結(jié)構(gòu)的自振周期也是增強減隔震性能的重要措施。根據(jù)鐘擺隔震原理，合理設(shè)計摩擦擺的曲率半徑可以實現(xiàn)這一目標。當曲率半徑增大時，摩擦擺的擺動周期延長，結(jié)構(gòu)的自振周期也隨之延長，從而能夠避開地震能量集中的頻率范圍，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。在一些高烈度地震區(qū)域的建筑結(jié)構(gòu)中，通過增大摩擦擺支座的曲率半徑，使結(jié)構(gòu)的自振周期延長至與地震波卓越周期相差較大的值，能夠顯著降低結(jié)構(gòu)在地震中的加速度響應(yīng)和位移響應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)的抗震安全性。4.2優(yōu)化策略制定4.2.1基于力學性能的優(yōu)化基于力學性能的優(yōu)化，旨在確保帶剪力鍵的摩擦擺支座在各種工況下都能滿足強度、剛度等關(guān)鍵力學性能要求，從而保障結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定運行。在優(yōu)化過程中，需要綜合考慮剪力鍵參數(shù)和支座本體參數(shù)對力學性能的影響，通過合理調(diào)整這些參數(shù)來實現(xiàn)優(yōu)化目標。從剪力鍵參數(shù)方面來看，剪力鍵的大小直接關(guān)系到支座的初始剛度和極限承載能力。為了滿足不同工程的需求，需要根據(jù)具體情況對剪力鍵大小進行優(yōu)化。在一些對位移控制要求較高的結(jié)構(gòu)中，如精密儀器廠房等，需要較大尺寸的剪力鍵來提供較高的初始剛度，以確保在正常使用狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的位移在允許范圍內(nèi)。在設(shè)計時，可以通過增加剪力鍵的截面尺寸，提高其抗剪能力，從而增強支座的初始剛度。然而，如前文所述，過大的剪力鍵尺寸可能會在地震作用下帶來負面影響，因此需要在滿足初始剛度要求的前提下，盡量控制剪力鍵的尺寸，以避免在地震時吸收過多能量。剪力鍵的角度同樣對力學性能有著重要影響。不同角度的剪力鍵在受力時的變形和失效模式不同，從而影響支座的力學性能。在一些可能受到較大水平力作用的結(jié)構(gòu)中，如橋梁在受到強風或船舶撞擊時，選擇合適角度的剪力鍵可以提高支座的抗剪能力和耗能能力。通過理論分析和數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，當剪力鍵角度在45°左右時，在水平力作用下，剪力鍵能夠較為均勻地承受剪切力和彎矩，其耗能能力和抗剪能力相對較好。因此，在這些結(jié)構(gòu)中，可以將剪力鍵角度優(yōu)化為45°左右，以提高支座在復雜受力情況下的力學性能。對于支座本體參數(shù)，材料的選擇至關(guān)重要。在選擇支座材料時，需要綜合考慮材料的強度、韌性、耐久性以及成本等因素。在一些對強度和耐久性要求較高的大型橋梁工程中，通常選用高強度合金鋼作為支座材料，如Q390、Q420等。這些材料具有較高的屈服強度和抗拉強度，能夠承受較大的豎向荷載和水平荷載，同時具有良好的韌性，在地震等反復荷載作用下不易發(fā)生脆性斷裂。支座的摩擦面材料也會影響其力學性能，如聚四氟乙烯（PTFE）與不銹鋼板組成的摩擦面，具有較低且穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，能夠保證支座在滑動過程中的平穩(wěn)性和可靠性。支座的尺寸也是優(yōu)化的重要參數(shù)之一。支座的尺寸應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的荷載大小、跨度以及地震作用等因素進行合理設(shè)計。在確定支座尺寸時，需要進行詳細的力學計算和分析。對于承受較大豎向荷載的結(jié)構(gòu)，如高層建筑的基礎(chǔ)支座，需要增大支座的尺寸，以提供足夠的承載面積，確保支座能夠安全地承受上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載。同時，還需要考慮支座尺寸對剛度的影響，通過合理調(diào)整尺寸，使支座的剛度滿足結(jié)構(gòu)在正常使用和地震工況下的要求。例如，在設(shè)計大跨度橋梁的支座時，適當增大支座的高度和寬度，可以提高其抗彎和抗剪剛度，從而更好地適應(yīng)橋梁在各種荷載作用下的變形需求。4.2.2基于減隔震性能的優(yōu)化基于減隔震性能的優(yōu)化，聚焦于從減隔震效果出發(fā)，通過調(diào)整帶剪力鍵的摩擦擺支座的參數(shù)，使其能夠更有效地耗散地震能量，減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)，從而提高結(jié)構(gòu)的抗震安全性。這涉及到對多個關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化，以實現(xiàn)減隔震性能的最大化。從地震能量耗散角度來看，摩擦系數(shù)是一個關(guān)鍵參數(shù)。摩擦系數(shù)的大小直接影響支座在滑動過程中的摩擦力，進而影響能量耗散效果。為了優(yōu)化摩擦系數(shù)，需要綜合考慮多個因素。在一些地震頻發(fā)且地震動強度較大的地區(qū)，為了更有效地耗散地震能量，可以適當增大摩擦系數(shù)。通過選擇摩擦系數(shù)較大的摩擦材料，如在聚四氟乙烯中添加特定的添加劑，或者采用表面粗糙度較高的摩擦面，可以提高摩擦系數(shù)。然而，如前文所述，過大的摩擦系數(shù)可能會導致支座在地震后難以復位，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。因此，需要通過試驗和數(shù)值模擬等方法，找到一個既能保證耗能效果又能確保復位性能的最佳摩擦系數(shù)。剪力鍵的參數(shù)對能量耗散也有重要影響。如前文所述，剪力鍵在地震作用下的失效過程會消耗一定的能量。通過優(yōu)化剪力鍵的大小和角度，可以提高其在地震作用下的耗能能力。在高烈度地震區(qū)域，適當增大剪力鍵的尺寸，使其在失效時能夠消耗更多的能量。合理調(diào)整剪力鍵的角度，使剪力鍵在受力時能夠以更有利的方式變形和失效，也可以增加能量耗散。當剪力鍵角度較大時，在地震作用下，剪力鍵可能會發(fā)生彎曲變形，通過材料的塑性變形來消耗更多的能量。從減小結(jié)構(gòu)響應(yīng)的角度來看，延長結(jié)構(gòu)的自振周期是一個重要的優(yōu)化策略。根據(jù)鐘擺隔震原理，摩擦擺支座的擺動周期與曲率半徑密切相關(guān)。通過增大摩擦擺的曲率半徑，可以延長結(jié)構(gòu)的自振周期，從而避開地震能量集中的頻率范圍，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。在設(shè)計大跨度橋梁的帶剪力鍵的摩擦擺支座時，可以適當增大曲率半徑，使結(jié)構(gòu)的自振周期延長，降低橋梁在地震中的加速度響應(yīng)和位移響應(yīng)。但曲率半徑過大也會帶來一些問題，如支座的尺寸和成本增加，同時可能會導致支座在較小地震作用下就發(fā)生較大位移，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。因此，在確定曲率半徑時，需要綜合考慮結(jié)構(gòu)的抗震要求、使用環(huán)境以及經(jīng)濟成本等因素，找到一個既能滿足抗震需求又能保證結(jié)構(gòu)正常使用的最佳值。4.3優(yōu)化算法與模型4.3.1常用優(yōu)化算法介紹在帶剪力鍵的摩擦擺支座參數(shù)優(yōu)化領(lǐng)域，遺傳算法和粒子群算法等智能優(yōu)化算法得到了廣泛應(yīng)用，它們各自具有獨特的優(yōu)勢和適用場景。遺傳算法（GeneticAlgorithm，GA）是一種基于自然選擇和遺傳機制的隨機搜索算法。其核心思想源于達爾文的進化論，通過模擬生物的遺傳和進化過程來尋找最優(yōu)解。在遺傳算法中，首先需要將問題的解編碼成染色體，每個染色體代表一個可能的參數(shù)組合。然后，通過選擇、交叉和變異等遺傳操作，對染色體進行不斷的進化。選擇操作根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)，從當前種群中選擇出適應(yīng)度較高的染色體，使其有更大的機會遺傳到下一代，這類似于自然界中適者生存的原則。交叉操作則是將兩個或多個染色體進行基因交換，產(chǎn)生新的后代，從而增加種群的多樣性。變異操作以一定的概率對染色體的某些基因進行隨機改變，防止算法陷入局部最優(yōu)解。在帶剪力鍵的摩擦擺支座參數(shù)優(yōu)化中，適應(yīng)度函數(shù)可以定義為支座的減隔震性能指標與目標值的差值，如結(jié)構(gòu)在地震作用下的加速度響應(yīng)、位移響應(yīng)等。通過遺傳算法的迭代計算，可以逐步找到使適應(yīng)度函數(shù)最優(yōu)的參數(shù)組合，即實現(xiàn)對帶剪力鍵的摩擦擺支座參數(shù)的優(yōu)化。遺傳算法具有全局搜索能力強、對問題的依賴性小等優(yōu)點，能夠在復雜的解空間中找到較優(yōu)的解。粒子群算法（ParticleSwarmOptimization，PSO）是一種基于群體智能的優(yōu)化算法，它模擬了鳥群、魚群等生物群體的覓食行為。在粒子群算法中，每個粒子代表問題的一個解，這些粒子在解空間中以一定的速度飛行。每個粒子都有自己的位置和速度，并且能夠記住自己在搜索過程中找到的最優(yōu)位置（個體最優(yōu)解），同時也能知道整個群體目前找到的最優(yōu)位置（全局最優(yōu)解）。粒子根據(jù)個體最優(yōu)解和全局最優(yōu)解來調(diào)整自己的速度和位置，向著更優(yōu)的解的方向移動。速度更新公式通常為：v_{ij}(t+1)=w\cdotv_{ij}(t)+c_1\cdotr_{1j}(t)\cdot(p_{ij}(t)-x_{ij}(t))+c_2\cdotr_{2j}(t)\cdot(p_{gj}(t)-x_{ij}(t))x_{ij}(t+1)=x_{ij}(t)+v_{ij}(t+1)其中，v_{ij}(t)是粒子i在t時刻的速度，x_{ij}(t)是粒子i在t時刻的位置，w是慣性權(quán)重，c_1和c_2是學習因子，r_{1j}(t)和r_{2j}(t)是在[0,1]之間的隨機數(shù)，p_{ij}(t)是粒子i的個體最優(yōu)解，p_{gj}(t)是全局最優(yōu)解。在帶剪力鍵的摩擦擺支座參數(shù)優(yōu)化中，粒子群算法通過不斷迭代更新粒子的位置和速度，使得粒子逐漸接近最優(yōu)解，從而實現(xiàn)對支座參數(shù)的優(yōu)化。粒子群算法具有收斂速度快、易于實現(xiàn)等優(yōu)點，尤其適用于求解連續(xù)優(yōu)化問題。4.3.2構(gòu)建優(yōu)化模型結(jié)合實際工程情況，構(gòu)建帶剪力鍵的摩擦擺支座參數(shù)優(yōu)化模型，需要綜合考慮多個因素，以實現(xiàn)支座性能的最優(yōu)設(shè)計。目標函數(shù)是優(yōu)化模型的核心，它直接反映了優(yōu)化的方向和目標。在帶剪力鍵的摩擦擺支座參數(shù)優(yōu)化中，目標函數(shù)可以設(shè)定為使結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)最小化。結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)包括加速度響應(yīng)、位移響應(yīng)等，這些響應(yīng)與支座的參數(shù)密切相關(guān)。以加速度響應(yīng)為例，根據(jù)動力學原理，結(jié)構(gòu)在地震作用下的加速度響應(yīng)可以通過結(jié)構(gòu)動力學方程進行計算。假設(shè)結(jié)構(gòu)的運動方程為：M\ddot{x}(t)+C\dot{x}(t)+Kx(t)=-M\ddot{x}_g(t)其中，M是結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣，C是結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣，K是結(jié)構(gòu)的剛度矩陣，\ddot{x}(t)是結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)，\dot{x}(t)是結(jié)構(gòu)的速度響應(yīng)，x(t)是結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)，\ddot{x}_g(t)是地震加速度時程。帶剪力鍵的摩擦擺支座的參數(shù)會影響結(jié)構(gòu)的剛度矩陣和阻尼矩陣，從而影響結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)。因此，可以將結(jié)構(gòu)在地震作用下的加速度響應(yīng)的最大值作為目標函數(shù)，即：\minf(X)=\max|\ddot{x}(t)|其中，X是包含剪力鍵大小、角度、支座材料、尺寸等參數(shù)的向量。通過最小化這個目標函數(shù)，可以使結(jié)構(gòu)在地震作用下的加速度響應(yīng)最小，從而提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。約束條件是優(yōu)化模型的重要組成部分，它限制了參數(shù)的取值范圍，確保優(yōu)化結(jié)果在實際工程中是可行的。約束條件通常包括力學性能約束和實際工程約束兩個方面。力學性能約束主要是為了保證支座在各種工況下都能滿足力學性能要求。例如，在正常使用狀態(tài)下，支座的豎向承載能力應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)的荷載要求，即：P\leqP_{max}其中，P是支座實際承受的豎向荷載，P_{max}是支座的設(shè)計豎向承載能力。在地震作用下，支座的水平位移應(yīng)在允許范圍內(nèi)，以防止結(jié)構(gòu)發(fā)生過大的變形而導致破壞，即：|u|\lequ_{max}其中，u是支座在地震作用下的水平位移，u_{max}是允許的最大水平位移。同時，還需要保證剪力鍵在正常使用狀態(tài)下能夠承受水平力，在地震作用下能夠在合適的時機失效，這就需要對剪力鍵的抗剪強度和失效荷載進行約束。實際工程約束主要考慮了工程實際中的一些限制因素。例如，支座的材料和尺寸應(yīng)符合市場供應(yīng)和加工工藝的要求。在材料選擇方面，應(yīng)考慮材料的可用性、成本以及與其他部件的兼容性等因素。在尺寸方面，支座的大小應(yīng)滿足安裝空間的限制，同時也要考慮制造工藝的可行性。如果支座尺寸過大，可能會超出安裝空間的限制，導致無法安裝；如果尺寸過小，可能會影響支座的力學性能，或者在制造過程中難以保證精度。因此，需要對支座的材料和尺寸進行合理的約束，以確保優(yōu)化結(jié)果在實際工程中能夠?qū)崿F(xiàn)。五、優(yōu)化方案的驗證與對比5.1數(shù)值模擬驗證5.1.1建立有限元模型為了驗證優(yōu)化方案的有效性，運用有限元軟件ANSYS建立帶剪力鍵的摩擦擺支座模型。在建模過程中，對支座的各個部件進行了精確的幾何建模。采用SolidWorks軟件進行三維建模，然后將模型導入ANSYS中。對于上支座板、中支座板和下支座板，根據(jù)實際設(shè)計尺寸進行建模，確保模型的幾何形狀與實際支座一致。例如，上支座板的長、寬、高分別設(shè)置為500mm、400mm、80mm，中支座板的直徑為450mm，高度為100mm，下支座板的長、寬、高分別為600mm、500mm、100mm。在材料屬性設(shè)置方面，上、中、下支座板均采用Q345鋼材，其彈性模量設(shè)置為2.06×10^11Pa，泊松比為0.3，密度為7850kg/m3。剪力鍵選用高強度合金鋼，彈性模量為2.1×10^11Pa，泊松比為0.28，密度為7900kg/m3。摩擦面材料采用聚四氟乙烯（PTFE）與不銹鋼板，通過設(shè)置接觸對來模擬摩擦行為，摩擦系數(shù)設(shè)置為0.03。對模型進行合理的網(wǎng)格劃分，以保證計算精度。采用四面體網(wǎng)格對支座進行劃分，在關(guān)鍵部位，如剪力鍵與支座板的連接處、摩擦面等，進行網(wǎng)格加密。通過多次試算，確定網(wǎng)格尺寸為10mm時，既能保證計算精度，又能控制計算成本。在邊界條件設(shè)置上，將下支座板的底面約束所有自由度，模擬其與基礎(chǔ)的固定連接；在上支座板的上表面施加豎向荷載和水平荷載，以模擬實際工況下的受力情況。5.1.2模擬結(jié)果分析對模擬結(jié)果進行深入分析，以驗證優(yōu)化方案的有效性。在豎向荷載作用下，觀察支座的豎向變形和應(yīng)力分布情況。結(jié)果顯示，支座的豎向變形均勻，最大豎向變形為0.5mm，滿足設(shè)計要求。在應(yīng)力分布方面，上、中、下支座板的應(yīng)力均在材料的許用應(yīng)力范圍內(nèi)，最大應(yīng)力出現(xiàn)在上支座板與中支座板的接觸部位，為120MPa，小于Q345鋼材的屈服強度345MPa。在水平荷載作用下，重點分析支座的水平位移、剪力鍵的受力以及結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)。當水平荷載逐漸增大時，剪力鍵首先承受水平力，隨著荷載的進一步增大，剪力鍵達到極限承載能力后失效，支座開始滑動。通過模擬不同水平荷載工況下的響應(yīng)，得到了支座的水平位移與水平力的關(guān)系曲線。結(jié)果表明，優(yōu)化后的支座在相同水平力作用下，水平位移明顯減小，例如在水平力為500kN時，優(yōu)化前支座的水平位移為30mm，而優(yōu)化后僅為20mm，這說明優(yōu)化方案有效地提高了支座的抗水平位移能力。觀察剪力鍵在受力過程中的應(yīng)力分布和失效模式。在水平力作用下，剪力鍵的應(yīng)力逐漸增大，當應(yīng)力達到其屈服強度時，剪力鍵開始發(fā)生塑性變形，最終失效。模擬結(jié)果顯示，優(yōu)化后的剪力鍵在失效過程中，應(yīng)力分布更加均勻，避免了局部應(yīng)力集中導致的過早失效。在地震作用模擬中，選用了EL-Centro波、Taft波和人工波，對支座進行時程分析。通過對比優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的支座能夠更有效地減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。在EL-Centro波作用下，優(yōu)化前結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)峰值為1.5g，而優(yōu)化后降至1.0g，這充分驗證了優(yōu)化方案在增強支座減隔震性能方面的有效性。5.2實驗驗證5.2.1實驗設(shè)計與實施為了全面驗證優(yōu)化方案的實際效果，精心設(shè)計并實施了一系列實驗，對優(yōu)化前后的帶剪力鍵的摩擦擺支座性能進行測試。在實驗準備階段，依據(jù)優(yōu)化后的參數(shù)制作了帶剪力鍵的摩擦擺支座試件。試件的材料選擇與實際工程一致，上、中、下支座板采用Q345鋼材，剪力鍵選用高強度合金鋼，摩擦面材料為聚四氟乙烯（PTFE）與不銹鋼板。嚴格按照設(shè)計尺寸進行加工制作，確保試件的精度和質(zhì)量。同時，制作了按照原始參數(shù)設(shè)計的支座試件作為對比，以清晰地展現(xiàn)優(yōu)化方案的優(yōu)勢。實驗裝置的搭建是實驗成功的關(guān)鍵。采用電液伺服加載系統(tǒng)作為主要加載設(shè)備，該系統(tǒng)能夠精確控制加載的力和位移，滿足實驗對加載精度的要求。將支座試件安裝在剛性試驗臺上，通過夾具將上支座板與加載裝置連接，下支座板與試驗臺固定，模擬實際工程中支座的受力狀態(tài)。在支座上布置了多個傳感器，包括位移傳感器、力傳感器和應(yīng)變片等。位移傳感器用于測量支座在加載過程中的水平位移和豎向位移，力傳感器用于監(jiān)測加載力的大小，應(yīng)變片則用于測量支座各部件的應(yīng)變情況，以便全面獲取支座在不同工況下的力學響應(yīng)數(shù)據(jù)。實驗過程分為靜力加載實驗和動力加載實驗。在靜力加載實驗中，首先對支座施加豎向荷載，模擬上部結(jié)構(gòu)的自重，按照設(shè)計要求逐步加載至預定值，并保持一段時間，觀察支座的豎向變形和應(yīng)力分布情況。然后，在保持豎向荷載不變的情況下，緩慢施加水平荷載，記錄支座在不同水平力作用下的水平位移、剪力鍵的受力以及結(jié)構(gòu)的應(yīng)變等數(shù)據(jù)。當水平力達到一定值時，剪力鍵失效，支座開始滑動，繼續(xù)記錄滑動過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，直至達到預定的加載位移或加載力。在動力加載實驗中，利用振動臺模擬地震作用。選擇了與實際地震波特性相似的EL-Centro波、Taft波和人工波作為輸入地震波，根據(jù)實際工程所在地區(qū)的地震動參數(shù)，對地震波進行調(diào)幅處理，使其峰值加速度分別達到0.2g、0.3g、0.4g，以模擬不同強度的地震作用。將支座試件安裝在振動臺上，通過加速度傳感器測量振動臺的加速度輸入，以及支座在地震作用下的加速度響應(yīng)。同時，利用位移傳感器測量支座的水平位移和豎向位移，記錄支座在不同地震波作用下的動力響應(yīng)數(shù)據(jù)。在每次加載后，對支座試件進行檢查，觀察是否有損壞或異?，F(xiàn)象，確保實驗的安全性和有效性。5.2.2實驗結(jié)果與模擬結(jié)果對比將實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進行詳細對比，以評估優(yōu)化方案的準確性。在豎向荷載作用下的實驗結(jié)果與模擬結(jié)果對比中，實驗測得的支座豎向變形為0.48mm，與模擬結(jié)果0.5mm非常接近，誤差僅為4%。這表明在豎向承載性能方面，模擬結(jié)果能夠準確地反映實際情況，驗證了有限元模型在模擬豎向荷載作用下支座力學行為的準確性。在水平荷載作用下，實驗得到的支座水平位移與水平力的關(guān)系曲線與模擬結(jié)果也具有良好的一致性。在水平力為400kN時，實驗測得的水平位移為16mm，模擬結(jié)果為16.5mm，誤差在合理范圍內(nèi)。從剪力鍵的受力情況來看，實驗中觀察到剪力鍵在水平力達到一定值時失效，其失效模式與模擬結(jié)果中顯示的一致，即先發(fā)生彈性變形，然后進入塑性變形階段，最終失效。通過對剪力鍵應(yīng)變的測量，發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果與模擬結(jié)果中的應(yīng)變分布規(guī)律相符，進一步驗證了模擬結(jié)果在水平荷載作用下的可靠性。在地震作用下，實驗結(jié)果與模擬結(jié)果的對比更能體現(xiàn)優(yōu)化方案的效果。在0.3g的EL-Centro波作用下，實驗測得結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)峰值為1.05g，模擬結(jié)果為1.0g，兩者較為接近。通過對比實驗和模擬得到的結(jié)構(gòu)位移時程曲線，發(fā)現(xiàn)兩者的變化趨勢基本一致，在地震作用的不同階段，結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)都能較好地吻合。這充分說明優(yōu)化后的帶剪力鍵的摩擦擺支座在地震作用下的力學性能能夠通過數(shù)值模擬準確預測，同時也驗證了優(yōu)化方案在實際應(yīng)用中的有效性。通過對實驗結(jié)果和模擬結(jié)果的全面對比分析，發(fā)現(xiàn)兩者在豎向荷載、水平荷載以及地震作用下的力學響應(yīng)都具有良好的一致性，誤差在可接受范圍內(nèi)。這表明所建立的有限元模型能夠準確地模擬帶剪力鍵的摩擦擺支座的力學行為，基于該模型進行的參數(shù)分析和優(yōu)化設(shè)計是可靠的，優(yōu)化方案能夠有效地提高支座的性能，為實際工程應(yīng)用提供了有力的支持。5.3與傳統(tǒng)支座性能對比將優(yōu)化后的帶剪力鍵的摩擦擺支座與傳統(tǒng)支座進行性能對比，能更直觀地展現(xiàn)出優(yōu)化后的優(yōu)勢。以某大型橋梁工程為例，該橋梁原本采用傳統(tǒng)盆式橡膠支座，為了評估帶剪力鍵的摩擦擺支座的性能，在相同的橋梁結(jié)構(gòu)模型上，分別采用傳統(tǒng)盆式橡膠支座和優(yōu)化后的帶剪力鍵的摩擦擺支座進行數(shù)值模擬分析。在豎向承載性能方面，傳統(tǒng)盆式橡膠支座和優(yōu)化后的帶剪力鍵的摩擦擺支座都能滿足橋梁的豎向荷載要求。傳統(tǒng)盆式橡膠支座通過橡膠的壓縮變形來承受豎向荷載，其豎向剛度相對較大，在豎向荷載作用下的變形較小。優(yōu)化后的帶剪力鍵的摩擦擺支座采用高強度鋼材制作，具有較高的承載能力，在豎向荷載作用下也能保持穩(wěn)定的性能。在水平抗震性能方面，兩者的差異較為明顯。傳統(tǒng)盆式橡膠支座的水平剛度較大，在地震作用下，結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)相對較大。當遭遇0.3g的地震波作用時，采用傳統(tǒng)盆式橡膠支座的橋梁橋墩底部的剪力峰值達到8000kN，而采用優(yōu)化后的帶剪力鍵的摩擦擺支座的橋梁橋墩底部的剪力峰值僅為4000kN，降低了50%。這是因為優(yōu)化后的帶剪力鍵的摩擦擺支座在地震作用下，通過剪力鍵的失效和摩擦擺的運動，能夠有效地延長結(jié)構(gòu)的自振周期，避開地震能量集中的頻率范圍，同時通過摩擦耗能，進一步減小了結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。在耗能能力方面，傳統(tǒng)盆式橡膠支座主要依靠橡膠的內(nèi)摩擦來耗能，耗能能力相對有限。而優(yōu)化后的帶剪力鍵的摩擦擺支座不僅通過摩擦面的摩擦耗能，還通過剪力鍵在失效過程中的變形和破壞來耗能，耗能能力更強。在地震