《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》：Energy performance design and database of negative stiffness-equipped isolated structures with soil-structure interaction effects
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•基于能量谱的NSAS装备隔震结构的独立设计。•SSI引起的位移放大和能量需求增大效应。•用于SSI敏感响应预测的地震动强度指标。•面向设计的修正系数。引言隔震技术作为建筑有效抗震保护策略已被广泛使用。通过将结构周期移至强震动主导周期范围之外，隔震层减少了传递至上部结构的力需
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基于能量谱的NSAS装备隔震结构的独立设计。
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SSI引起的位移放大和能量需求增大效应。
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用于SSI敏感响应预测的地震动强度指标。
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面向设计的修正系数。
引言
隔震技术作为建筑有效抗震保护策略已被广泛使用。通过将结构周期移至强震动主导周期范围之外，隔震层减少了传递至上部结构的力需求。然而，这一优势通常伴随着隔震层水平变形的增大，在强震动或长周期激励下可能变得尤为关键。[[1], [2], [3]]。为进一步降低隔震层刚度并抑制位移响应，负刚度装置（包括离合惯导器[4]和仿生装置[5]）已被引入隔震系统[[6], [7], [8], [9]]。其中，负刚度元件提供与变形方向一致的恢复力，从而降低系统的整体有效刚度[10,11]。然而，单纯降低刚度反而可能放大结构变形，且缺乏足够的能量耗散能力[12]。
为克服上述不足，负刚度放大系统（NSAS）已被提出并应用于隔震结构[13,14]。NSAS将负刚度元件、调谐弹簧和粘滞阻尼器以特定串联方式连接，形成内部变形放大路径，使阻尼器经历比结构本身更大的相对变形。该机制同时降低了隔震层有效刚度并显著增强了能量耗散，从而避免了简单并联添加阻尼器所导致的控制力过度增加[15]。现有研究[[16], [17], [18], [19]]已证实，NSAS在固定基础条件下能有效抑制上部结构响应并降低隔震层位移需求。然而，所有这些研究均假设结构与固定基础刚性连接，完全忽略了客观存在的土-结构相互作用（SSI）及其对隔震系统动力响应和能量耗散的潜在不利影响，因为当考虑SSI时，系统的边界条件和动力相互作用机制将发生根本性变化[20,21]。
民用建筑结构通常建造在天然土层之上。地震波从基岩传播至地表过程中经历振幅放大、频率成分改变和相位偏移[[22], [23], [24]]。当上部结构刚度与土体刚度相当时，SSI显著改变了输入运动的特征[25]，并引入辐射阻尼和惯性耦合[26]。对于隔震结构，SSI可能进一步改变隔震层的有效输入，放大隔震层位移需求，并重新分配基础、隔震层和上部结构之间的能量分布[[27], [28], [29]]。特别是在采用负刚度元件时，SSI引起的阻抗变化可能与负刚度效应耦合，从而改变系统的预期变形放大机制和能量耗散优势。因此，忽略SSI可能导致基于固定基础假设的设计方法严重低估真实土条件下隔震结构的位移和能量耗散需求，引发潜在安全风险。土体在地震响应中的重要作用进一步推动了岩土抗震隔震（GSI）的发展，该方法利用工程化土-基础系统减少传递至结构的抗震能量[[30], [31], [32]]。
现有SSI谱研究[[33], [34], [35]]大多采用简化的集中参数模型以提高计算效率，尽管这些模型通常只能表征有限的基础运动。相比之下，连续介质有限元模型可以显式地捕捉场地放大效应和波的传播。以往研究也主要集中在加速度和位移方面，对考虑SSI的NSAS隔震系统中输入能量和耗散能量的重新分配关注较少。
为填补这一研究空白，本研究系统地将NSAS隔震结构的能量性能评估从传统的固定基础假设扩展到SSI耦合框架。主要贡献在于阐明SSI引起的NSAS变形放大和能量耗散变化，并通过能量性能数据库和对数线性SSI修正因子建立现有固定基础能量谱与包含SSI需求之间的直接联系。土域采用二维平面应变连续介质单元离散化，并采用等效力学方法考虑土模量退化和材料阻尼。自由场表面运动作为固定基础模型的输入，基岩运动作为SSI耦合模型的输入，确保两个模型之间一致的自由场参考条件。基于50条分为近场和远场以及三类场地（II、III、IV类）的基岩地面运动记录，通过参数分析构建归一化位移、加速度和能量谱。在此基础上，提出对数线性SSI修正因子，并提供不同场地类型和地震类型的回归系数，建立五步能量谱导向的设计准则。因此，本研究为考虑SSI的负刚度隔震结构能量性能评估提供了系统数据库和实用设计工具。
章节摘要
含SSI的NSAS装备结构场景
考虑一种包含负刚度放大系统（NSAS）的混合隔震系统，以改善上部结构响应和隔震层变形的协同控制。首先描述所提出系统的机械布局，以及实现控制效率提升的能量增强机制。在此基础上，建立NSAS装备隔震结构的力学模型，并推导相应的控制方程和
含SSI的NSAS能量性能数据库
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NSAS-IS的能量谱与面向设计的评估
基于第3节建立的能量性能数据库和SSI修正因子，本节开发了面向NSAS-IS的能量谱设计准则。首先考察地震动强度指标与结构响应指标之间的相关性，以确定最适合设计目的强度描述参数。然后提出逐步的基于能量的性能评估程序，整合地面运动选择、结构
结论
本研究提出了一种显式考虑土-结构相互作用（SSI）的负刚度放大系统（NSAS）隔震结构能量性能设计框架，建立了系统性的能量数据库和对数线性SSI修正因子，并通过三类场地和两种地震类型类别的动力时程分析验证了其有效性。主要结论总结如下。
CRediT作者贡献声明
Na Hong（洪纳）：撰写-初稿、软件、方法学、调查研究、资金获取、形式化分析。 Zixiong Yang（杨子雄）：可视化、软件、调查研究。 Yuanchen Tang（汤远辰）：可视化、方法学、调查研究。 Zhipeng Zhao（赵志鹏）：撰写-审阅与编辑、资金获取、数据管理。 Hu Li（李虎）：验证、方法学。 Yongfeng Du（杜永峰）：监督、资金获取。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些可能影响本文报告的工作。
致谢
本研究得到国家自然科学基金（52608845）、中国博士后科学基金会（2024M753067）、甘肃省抗震减震隔震国际研究基地开放基金项目（GII2023-D01）、教育部土木工程减灾西部中心基金（WCDMCE-24-02）、上海工程材料应用与评价重点实验室开放项目计划资助（
洪纳|杨子雄|汤远辰|赵志鹏|李虎|杜永峰
