冻融条件下GFRP隔震支座力学性能试验研究

冻融循环是影响寒冷地区玻璃纤维增强复合材料(GFRP)隔震支座性能变化的主要因素.为了研究其影响,对12个GFRP隔震支座分别开展水冻水融试验,采用标准冻融试验箱模拟低温气候变化,对GFRP橡胶支座进行冻融循环处理25、50、75次,并对其进行刚度性能试验,采用与标准试件进行对比分析的方法,研究试验前后支座性能的变化规律.结果 表明:冻融后GFRP隔震支座的水平刚度比常温下的要高;经历过冻融试验的GFRP隔震支座,其水平刚度随着测试时间的增长而减小.同时,当压应力不变时,水平刚度随着剪应变增加而下降;当剪应变不变时,水平刚度随着压应力增大而下降,且能够承受极限水平刚度的压应力和剪应变越来越小.无橡胶层保护的GFRP隔震支座的水平刚度变化幅度小于有橡胶层保护的GFRP隔震支座的水平刚度变化幅度,极限水平刚度的压应力和剪应变更小.采用最小二乘法对其水平刚度变化进行分析并给出衰减曲线和衰减函数,水平刚度的变化趋势基本符合二次多项式规律.     

小型叠层橡胶支座的剪切性能试验研究

振动台隔震试验多采用小型叠层橡胶支座,通过试验对剪应变、压应力、加载频率、加载次数对橡胶支座剪切性能的影响进行研究。结果表明:(1)剪应变的变化对支座剪切性能的影响较大,随着剪应变增大,剪切刚度呈减小趋势,根据试验结果,给出了设计压应力下剪切刚度规范计算公式随剪应变变化的修正系数;(2)支座压应力较大时,剪切刚度会有较小幅度下降,同时给出了100%剪应变情况下,剪切刚度规范计算公式随压应变变化的修正系数计算公式;(3)加载频率与加载次数对剪切刚度影响较小。     

尼龙橡胶隔震支座力学性能试验研究

为了研究尼龙橡胶隔震支座力学性能及加强层材料对支座力学性能的影响,设计了3种尼龙橡胶隔震支座,进行了力学性能对比试验。试验内容包括竖向压缩性能试验、水平剪切性能试验和极限性能试验。结果表明:尼龙橡胶隔震支座力学性能稳定,而支座的竖向刚度、水平刚度和阻尼比与加强层材料有关。尼龙橡胶隔震支座竖向极限承载力达20 MPa以上,水平极限剪应变达350%,可以满足村镇低矮房屋的抗震要求。     

冻融、海蚀和老化条件下GFRP隔震支座橡胶片劣化性能试验研究

综合考虑冻融、海蚀和老化条件下GFRP隔震支座的材料组成和所处环境的情况,确定橡胶片性能变化是GFRP隔震支座力学性能变化的主要因素之一.对32个GFRP隔震支座分别开展海水腐蚀、高温老化和水冻水融试验,并分析试验前后橡胶片力学性能的变化规律.结果表明:在冻融、海蚀和老化条件下,橡胶片硬度、定伸应力和拉伸强度随着时间推移而增大,橡胶片拉断伸长率随着时间推移而下降.橡胶片在试验中力学性能变化率有所不同,考察时间、温度和水分因素对橡胶片力学性能影响,分析比较得出对于橡胶片力学性能劣化,温度影响显著,水分影响次之,时间影响甚微.     

铅芯橡胶隔震支座水平刚度影响因素数值分析

通过有限元分析软件ANSYS对铅芯橡胶隔震支座力学性能分析,研究了铅芯橡胶隔震支座水平等效刚度(水平刚度)的主要影响因素.采用四分之一的铅芯橡胶支座模型进行模拟分析,大大缩短了有限元软件运行的时间,并获得较好的结果.在此基础上,总结了水平剪应变,以及在不同剪应变下竖向压应力、第二形状系数、橡胶剪切模量和铅芯直径对水平刚度的影响.分析结果表明,水平刚度随水平位移的增加而减小,随第二形状系数、橡胶剪切模量和铅芯直径的增加而增加;而竖向压应力则对水平刚度几乎无影响;并且当水平剪应变较小时,水平刚度受其影响因素的影响较大,即当隔震结构遭受小震时,隔震层的水平刚度受地震作用的影响较大.     

隔震橡胶支座刚度退化及其对地震响应的影响

对天然橡胶支座进行了100%水平变形剪切试验、300%以上水平变形极限剪切试验和极限变形后100%水平变形剪切试验,得出橡胶刚度退化与最大剪应变的关系。对基础隔震结构输入不同峰值地震波,得到不同等级地震作用下天然橡胶支座和铅芯橡胶支座的退化后刚度。计算罕遇地震下顶层加速度、上部结构基底剪力和隔震层位移,研究支座刚度退化对地震响应的影响。结果表明,大变形引起支座刚度退化,顶层加速度和上部结构基底剪力有所减小,但隔震层位移显著增加。     

村镇建筑叠层轮胎隔震支座竖向力学性能试验研究

提出一种利用废旧轮胎的新型村镇建筑简易隔震结构,该结构利用叠层轮胎片制成隔震支座,配合两层齿型圈梁作为房屋隔震层进行隔震。对平面尺寸为180mm×180mm的叠层轮胎隔震支座进行了不同叠层层数下竖向极限承载力试验,发现支座竖向极限压应力离散性较大,取下包络线得到,叠层轮胎隔震支座竖向压应力为9MPa。对叠层轮胎隔震支座进行了不同叠层层数、不同设计压应力下竖向压缩刚度试验,分析得到,随叠层层数自4层增至8层,竖向压缩刚度最高下降53.58%;随设计压应力从3MPa增至6MPa,竖向压缩刚度最高上升80.19%。对叠层轮胎隔震支座进行了不同叠层层数、不同设计压应力下竖向变形性能试验,发现各支座第1次循环竖向刚度较其他循环小,其余循环下支座竖向刚度稳定,变化量小于1%。分析得到该结构竖向力学性能稳定,隔震效果良好,适合我国广大村镇建筑。     

冻融条件下公路桥梁板式氯丁橡胶支座受压试验研究

公路桥梁橡胶支座比建筑橡胶支座更容易受到气候的影响,为了研究公路桥梁板式氯丁橡胶支座经过冻融循环后的承载力变化情况,采用标准冻融试验箱对氯丁橡胶支座进行25、50、75、100次的冻融循环处理并进行轴心受压试验,研究其在不同冻融循环次数的承载力、极限抗压强度、竖向刚度、弹性模量等各项性能指标的变化,并与标准试件进行对比分析。结果表明经过冻融循环处理的氯丁橡胶支座更容易发生脆性破坏,且钢板外露、裂缝等破坏现象比标准试件更严重。随着冻融循环次数的增加,冻融程度的加深,氯丁橡胶支座极限承载力、极限抗压强度、抗压弹性模量都逐渐降低;采用最小二乘法得出50 a抗压强度和抗压弹性模量的衰减曲线和衰减公式,其变化趋势基本符合指数函数规律。冻融循环后的公路桥梁板式氯丁橡胶支座的各项力学性能指标显著降低,因此应严格控制公路桥梁板式氯丁橡胶支座的温度适用范围,并建议提高其最低适用温度,在寒冷地区尽量采用天然橡胶支座。     

冻融条件下公路桥梁板式圆形氯丁橡胶支座力学性能试验

公路桥梁橡胶支座比建筑橡胶支座更容易受到气候的影响,为了研究公路桥梁圆形氯丁橡胶支座在冻融循环后的力学性能,将圆形氯丁橡胶支座放入标准冻融试验箱中处理100次,而后对其进行轴心受压和抗剪试验,与标准试件进行对比分析,研究承载力、极限抗压和抗剪强度、竖向刚度、水平等效刚度、弹性模量等各项性能指标的变化。结果表明,圆形氯丁橡胶支座经过冻融循环处理,更易发生脆性破坏,破坏现象较标准试件更为严重。随着冻融程度的加深,圆形氯丁橡胶支座的极限承载力、极限抗压及抗剪强度、抗压及抗剪弹性模量都逐渐降低,整体稳定性变差。     

基于海水干湿循环的天然橡胶支座剪应变相关性试验研究

针对直径为220mm的天然橡胶隔震支座(LNR)开展了长达60天的海水干湿循环试验,试验期间定期对其剪应变相关性进行测试,得到了LNR剪应变相关性随海水干湿循环作用时间的变化情况,通过拟合试验数据,得到了橡胶隔震支座水平刚度K_ht(g)与K_h0(100%)的比值随海水干湿循环时间及剪切应变双参数的变化关系式,可为今后更好地探究海水干湿循环海洋环境下橡胶隔震支座性能的变化规律及跨海桥梁等近海交通工程的全寿命抗震性能分析提供理论依据。试验结果表明：同一海水干湿循环时间时,剪应变由50%增至150%,支座的水平刚度变化范围在11%左右,说明了LNR的水平刚度具有较好的稳定性;同一剪应变时,水平刚度随海水干湿循环时间呈缓慢增大趋势,试验60天后,剪应变由50%增至150%,水平刚度增大幅度分别为19.67%、20.89%、22.60%、23.73%和24.95%,说明LNR的水平刚度对海水干湿循环作用的影响较敏感;K_ht(g)/K_h0(100%)随海水干湿循环时间增长而增大,随剪切变形增大而减小,说明海水干湿循环作用及剪应变大小均会对该比值产生影响。