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研究作者与机构
本研究的主要作者包括Dharma-theja R. Pasala、Apostolos A. Sarlis、Satish Nagarajaiah、Andrei M. Rein horn、Michael C. Constantinou、Douglas Taylor、Debarshi Sen和Sudheendra Herkal。他们分别来自Rice University、University at Buffalo, State University of New York、Taylor Devices, Inc.等机构。该研究发表于2024年11月的期刊《Earthquake Spectra》上，DOI为10.1177/87552930241292348。
学术背景
本研究属于结构工程与地震工程领域，旨在探讨负刚度装置（Negative Stiffness Device, NSD）与粘滞阻尼器（viscous damper）结合用于多自由度（Multi-Degree-of-Freedom, MDOF）固定基础结构的地震防护效果。传统的地震防护方法通过削弱结构强度并增加阻尼来减少加速度和层间位移，但这种方法会导致结构早期屈服和永久性变形。为了在不改变结构属性的情况下实现类似效果，Nagarajaiah等人提出了“表观削弱”（apparent weakening）的概念，即通过添加负刚度装置模拟结构的屈服行为。本研究的核心目标是验证NSD与阻尼器结合在多自由度结构中的实际效果，特别是其对高层结构的响应影响。
研究流程
1. 实验设计与模型构建
研究采用了一个三层的固定基础结构（MDOF-3SFS）作为研究对象，并在第一层安装了NSD和粘滞阻尼器。实验通过振动台测试模拟地震作用，比较了四种不同系统的响应：基础结构（BS）、基础结构加阻尼器（PS）、基础结构加NSD（NS）、基础结构加NSD和阻尼器（AS）。实验分为两个阶段：一是针对中等强度的地震（PGA=0.62g）进行测试，二是针对更强烈的地震（PGA=0.78g）进行测试。
实验设备与方法
实验中使用了一种自制的负刚度装置，该装置通过预压缩弹簧产生负刚度，并在位移超过一定阈值时表现出非线性弹性行为。粘滞阻尼器由Taylor Devices, Inc.开发，其阻尼系数为0.3769 kips·sec/in。实验中还使用了Sivaselvan-Reinhorn模型（SR模型）来模拟结构的非线性行为，并通过校准实验数据验证了模型的准确性。
数据分析与模型验证
实验数据包括各层的加速度、层间位移和基底剪力。通过对比实验数据与模拟结果，验证了模型的可靠性。对于无法通过实验直接测试的情况，研究使用校准后的模型进行数值模拟，以补充实验数据的不足。
主要结果
1. 中等强度地震（PGA=0.62g）下的响应
在中等强度地震下，NSD与阻尼器结合的系统（AS）显著减少了基底剪力和层间位移，特别是在第二层和第三层。与基础结构（BS）相比，AS系统的屋顶加速度减少了30%，层间位移减少了16%。
强烈地震（PGA=0.78g）下的响应
在更强烈的地震下，NSD系统（NS）显著减少了基底剪力和高层结构的响应，但第一层的位移增加了20%。而AS系统在减少基底剪力和层间位移的同时，还能有效控制第一层的过度变形，表现出更好的整体性能。
模型验证与数值模拟
通过对比实验数据与模拟结果，研究验证了模型的准确性。数值模拟进一步表明，NSD与阻尼器结合的系统在不同地震动条件下均能有效减少结构的响应，特别是在高层结构中表现出显著的隔离效果。
结论
本研究通过实验和数值模拟验证了负刚度装置与粘滞阻尼器结合在多自由度结构中的地震防护效果。研究结果表明，NSD与阻尼器结合的系统能够显著减少基底剪力、层间位移和加速度，特别是在高层结构中表现出显著的隔离效果。此外，NSD在位移过大时能够通过刚度增强防止结构倒塌。这一研究为新型地震防护系统的设计和应用提供了重要的理论依据和实践指导。
研究亮点
1. 创新性方法
本研究首次将负刚度装置与粘滞阻尼器结合用于多自由度结构的地震防护，验证了其在实际应用中的可行性。
实验与模型结合
研究通过实验数据与数值模拟相结合的方式，全面验证了NSD与阻尼器系统的性能，为后续研究提供了可靠的数据支持。
实际应用价值
研究结果表明，NSD与阻尼器结合的系统能够在不改变结构属性的情况下实现有效的地震防护，具有广泛的应用前景。
其他有价值的内容
研究还提出了一种新型的负刚度支撑（Negative Stiffness Brace, NSB），该装置可以像普通支撑一样安装，并具有更高的力放大系数。NSB的提出为负刚度装置的进一步应用提供了新的思路。
以上是本研究的主要内容及其学术价值。