考虑铅芯橡胶隔震支座力学性能退化的基础隔震结构地震作用研究

针对铅芯橡胶隔震支座在长周期长持时地震作用下由于铅芯温度上升发生力学性能退化的问题,通过压剪设备对铅芯橡胶隔震支座进行了快速水平往复力学性能试验,研究其在快速往复加载下水平剪切力学性能的变化。试验结果表明,铅芯橡胶隔震支座在快速往复荷载作用下,随着加载次数的增多,其特征强度显著下降,且前期下降的幅度比后期大,屈服后刚度在加载过程中变化较为平缓。然后基于试验结果,采用改良的广义Bouc-Wen模型,提出了铅芯橡胶隔震支座在快速水平荷载下力学性能退化的力学模型,然后基于铅芯橡胶隔震支座性能退化的力学模型,对一实际隔震结构进行仿真,研究该结构在长周期长持时地震作用下的动力响应。仿真结果表明考虑支座退化效应得到的隔震层位移和层间位移角不仅比不考虑支座退化效应得到的大,且最大值已超出设计允许范围,因此在基础隔震设计时建议要考虑铅芯橡胶隔震支座在长周期长持时地震作用下力学性能退化情况。     

铅芯橡胶支座反复加载试验研究

隔震支座在一次地震中往往会产生多次往复剪切变形。支座的往复变形将使支座的力学性能出现一定程度的变化。通过对不同直径的铅芯橡胶支座(LRB)进行反复加载试验,分析了LRB滞回曲线随加载次数的变化特征及影响因素,研究了LRB的屈服力、屈后刚度与加载次数的相关规律。试验结果表明,在反复加载的过程中,屈服力前期的变化幅度明显大于后期,而屈后刚度在反复加载的过程中变化比较平缓。试验结果还表明,支座直径对反复加载相关性的影响不大。综合隔震支座的反复加载试验数据,给出了屈服力、屈后刚度的拟合计算公式。     

考虑退化效应的滑移铅芯橡胶支座力学性能精细建模与模型验证

隔震支座是隔震结构地震响应控制的关键构件,滑移铅芯橡胶隔震支座具有协调上部结构温致变形、地震作用下可耗能复位等优势,但往复荷载作用下其力学性能退化显著。文章建立考虑支座性能退化的滑移铅芯橡胶支座精细数值模型,开展不同竖向压力、加载频率、加载位移幅值时滑移铅芯橡胶支座压剪力学性能分析,并基于支座试验结果验证模型的准确性,进一步探明支座性能退化对隔震桥梁地震响应的影响。结果表明：竖向压力增大会改变滑移铅芯橡胶支座的滞回力-位移关系,从而提升其耗能性能;加载频率对摩擦力的影响随加载频率增大而显著减小;加载位移幅值越大,支座单周耗能能力、等效刚度随滞回周期的增加减小越显著;相比已有数值模型,考虑支座性能退化的精细数值模型分析结果与试验结果吻合更好,模型误差显著减小。隔震周期越大,支座性能退化对隔震桥梁地震响应的影响越显著,应在隔震结构设计与性能分析中予以关注。     

基于一种新型铅芯橡胶隔震支座的力学参数试验研究

通过对不同结构构造的铅芯橡胶支座进行水平动态力学试验,系统研究了铅芯橡胶支座动态力学性能与其结构构造及外加动载之间的关系。在支座直径、橡胶和薄钢板厚度不变的情况下,分析了不同倾角或曲率的铅芯橡胶隔震支座在竖向荷载和剪切荷载作用下的力学性能;研究了竖向刚度、水平等效刚度、屈服后刚度、屈服力、等效阻尼比等的变化规律。研究结果表明,竖向刚度随倾角或曲率的增加呈减小趋势,水平等效刚度、屈服后刚度、屈服力、等效阻尼比随倾角或曲率的增加呈增大趋势;同时通过数值分析精确的验证了新型铅芯橡胶支座具有良好的减隔震效果。     

不同尺寸铅芯橡胶隔震支座力学性能的有限元分析

研究不同尺寸铅芯橡胶隔震支座力学性能的变化规律,为小比例隔震结构模型隔震层的相似设计提供依据。采用ABAQUS对不同尺寸的铅芯橡胶隔震支座进行有限元分析。在橡胶和薄钢板厚度按比例变化的情况下,分析了不同尺寸铅芯橡胶隔震支座在竖向荷载和剪切荷载作用下的力学性能,研究了竖向刚度、水平等效刚度、屈服后刚度、屈服剪力、等效阻尼比等随铅芯橡胶隔震支座尺寸的变化规律.分析结果表明:竖向刚度、水平等效刚度、屈服后刚度等随铅芯橡胶支座尺寸的增大而线性增大,等效阻尼比与铅芯橡胶支座的尺寸关系不大,支座屈服剪力与铅芯直径尺寸近似成二次抛物线变化的关系。     

斜向滑动摩擦三维隔震装置的滞回模型及其隔震效果

基于铅芯橡胶隔震支座的力学性能特点,研发了斜向滑动摩擦三维隔震装置。基于该三维隔震装置的组成构造和变形机理,提出了其竖向荷载-位移滞回模型,给出了各阶段支座刚度的计算公式。对三维隔震装置进行的竖向压缩拟静力试验结果表明：三维隔震支座在竖向具有变刚度特性,其滞回曲线饱满,不同加载速率和位移幅值下力学性能稳定;提出的滞回模型与试验结果基本吻合,可以有效模拟三维隔震装置的竖向滞回性能。通过三维隔震结构缩尺模型的振动台试验,认为三维隔震装置与传统水平隔震支座具有相当的水平隔震效果,同时可控制结构的竖向响应。     

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。     

建筑隔震橡胶支座的耐火性能试验

在ISO834标准升温条件下,开展直径600 mm的4个铅芯隔震橡胶支座和2个无铅芯隔震橡胶支座的明火试验,考察受火时间和竖向荷载对受火后支座剩余力学性能的影响。试验结果表明:①受火1.5h左右,支座的整体性和承载能力完全丧失;②受火0.5h后,支座力学性能的改变幅度小于10%,且其水平极限变形能力仍可满足使用要求,同时在竖向压应力常用取值范围内,竖向荷载对支座受火后的剩余力学性能影响有限;③受火1.0h后,支座力学性能明显劣化。由于隔震橡胶支座的耐火能力不足,实际工程中应在支座处设置防火保护。     

新型钢棒阻尼器隔震橡胶支座抗震性能试验研究

提出一种新型U型钢棒阻尼器,该阻尼器通过冷弯加工成型,通过高强螺栓安装在普通无铅芯橡胶隔震支座上发挥消能减震作用。首先通过一系列试验对U型钢棒阻尼器的耗能能力、延性、刚度和疲劳性能进行了研究,发现其具有良好的抗震性能。然后对由U型钢棒阻尼器和普通无铅芯橡胶隔震支座组合而成的新型橡胶隔震支座进行了剪切试验研究。试验结果表明,该新型隔震支座的等效水平刚度、屈服后刚度和屈服力等各项受力性能都比铅芯橡胶支座有了很大的提高。与铅芯橡胶支座比较,该新型隔震支座具有更好的耗能性能,可以广泛应用于隔震和减震工程中。     

高G值LRB支座力学性能温度相关性影响因素分析

为探索各种因素对高G值铅芯隔震橡胶支座(简称LRB)水平力学性能温度相关性的影响,本文采用反复加载的试验方法,研究了G值大于等于0.8MPa的LRB支座在不同水平应变、不同竖向压力、不同频率、不同内部橡胶G值(0.8MPa,1.0MPa及1.2MPa)以及不同温度加载顺序情况下的水平性能温度相关性。分析了上述各种因素对高G值LRB支座的屈服后刚度、屈服强度、单圈滞回面积、等效刚度及等效阻尼比等温度相关性的影响程度,给出了除应变外综合考虑上述各种因素后屈服后刚度、屈服强度拟合经验公式。研究表明,竖向压力、加载频率、支座内部橡胶G值和温度加载顺序对其影响较小,而应变对其有较大程度影响。总体上讲,支座屈服后刚度及屈服强度随温度的增加而呈指数减少。     

串联隔震橡胶支座力学性能试验研究

通过本文的研究,了解串联天然隔震橡胶支座和串联铅芯隔震橡胶支座基本性能及其各种水平相关性能。文中分别对4-LNR—D100和4-LRB—D100支座进行了水平基本性能和剪切性能的应变相关性、压应力相关性及加载频率相关性试验,研究了其对串联支座水平性能的影响。对比分析了单个支座和串联支座基本性能的差异,同时研究了是否有竖向约束对部分相关性能的影响。研究结果表明,由于弯曲变形的存在,4-LNR—D100的水平刚度较1-LNR—D100值的1／4低,4-LIRB-D100的屈眼后刚度、等效刚度较1-LRB—D100值的1／4低,4-LRB—D100的屈服力较1-LRB-D100值也低,但两者等效阻尼比变化不大;但竖向约束对串联支座的应变相关性影响较大。     

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

碟簧-单摩擦摆三维隔震(振)装置(3DFPS)由碟簧竖向隔振单元和单摩擦摆水平隔震单元组成,可以实现环境激励工况下建筑结构的竖向隔振与地震工况下的水平隔震。为了研究3DFPS的力学性能及隔震(振)效果,制作了足尺的3DFPS试件,并对其进行压剪试验。结果表明：3DFPS的竖向性能与水平向性能相互独立,竖向隔振单元与水平隔震单元可独立设计;通过在叠合碟簧间加入0.03mm聚四氟乙烯(PTFE)薄膜可以减小碟簧间摩擦,使小位移下的循环加载刚度更接近大位移下的单调加载刚度。对采用3DFPS和固接到地面的平面框架结构进行有限元弹性时程分析,研究此装置在水平地震与竖向地铁振动激励下的隔震(振)效果。结果表明：三维隔震(振)装置可使水平地震下结构响应减少80%以上,使地铁振动激励下楼面竖向加速度响应减小61%;碟簧竖向压缩变形对结构在水平地震下的响应没有明显的影响。     

带芯柱的新型砌体结构抗震墙抗侧力试验研究

前期研究表明,采用销键使混凝土小型空心砌块相互咬合,对于砌体结构可有效提高其抗剪强度,改善其抗震性能。通过对5榀采用不同结构形式、不同竖向荷载作用下的带芯柱的混凝土小型空心砌块墙体进行低周往复侧向加荷试验,对新型墙体和普通墙体的变形、延性和耗能能力进行对比分析,阐述了新型墙体的破坏机理,研究了竖向荷载对新型墙体变形性能的影响,提出了新型墙体的抗震承载力试验公式。试验表明:同等条件下,新型墙体的抗震性能要优于普通墙体。     

高轴压比下内置钢板高强混凝土组合剪力墙#br# 抗震性能试验研究

内置钢板混凝土组合剪力墙主要应用于超高层建筑结构中,是主要的抗侧力构件,其底部剪力墙往往承担巨大的竖向荷载,轴压比和混凝土强度是影响其抗震性能的主要因素。为研究内置钢板高强混凝土组合剪力墙在高轴压比下的抗震性能,进行2个剪跨比为2.28的组合剪力墙试件拟静力试验,设计轴压比分别为0.6和0.8,C70混凝土。研究组合剪力墙在低周反复荷载作用下的受力性能和破坏模式,分析轴压比对抗震性能的影响。结果表明：2个试件最终均发生压弯破坏,破坏截面基本符合平截面假定,滞回曲线均较饱满,耗能性能良好,同时具有比较稳定的水平承载力;随着轴压比增大,组合剪力墙的水平承载力、初始刚度和耗能能力增大,侧向变形能力有所降低,但屈服位移角仍大于1/120,极限位移角为1/46。研究可为内置钢板高强混凝土组合剪力墙的工程应用提供理论参考。     

酸性大气环境下多龄期钢框架节点抗震性能试验研究

为研究酸性大气环境下钢材力学性能及钢框架节点抗震性能随锈蚀程度加剧的退化规律,分别对不同锈蚀程度的24个标准钢材材性试件、12个焊接梁柱节点试件进行了单向拉伸试验、低周往复加载试验。基于材性试验数据,建立了钢材屈服强度、抗拉强度、弹性模量和伸长率等基本力学性能指标与失重率之间的线性回归关系,分析了不同锈蚀率及加载制度对钢框架节点试件荷载-位移曲线、骨架曲线、刚度和承载力退化、变形能力、滞回耗能等的影响,获得锈蚀钢框架节点试件承载力、刚度以及耗能能力随锈蚀程度加剧的退化规律。研究结果表明：锈蚀对钢框架节点的破坏形态有着显著影响,随着锈蚀程度的增加,钢框架节点试件的耗能能力逐渐减小,加载后期的承载力急剧下降,而且脆性断裂现象表现得愈发明显;随着水平位移幅值及循环次数的增加,钢框架节点试件的塑性变形累积、刚度与承载力退化明显;在相同锈蚀程度下,试件在变幅加载下的耗能能力最大,混合加载下的次之,等幅加载下的最小。研究成果可为在役钢框架结构地震易损性研究提供试验支撑。     

巨型钢框架—预应力复合支撑体系在水平荷载作用下的破坏性能

巨型钢框架—预应力复合支撑体系是现代高层建筑中的一种新型抗侧体系,本文基于弹性反应谱对其进行抗风、抗震设计,然后在倒三角型分布和均匀分布的两种水平荷载加载模式下进行Pushover分析,研究出该结构体系在不同水平加载模式下的破坏机理,考察其抗侧刚度、拉索受力特征及构件先后出现的屈服机制和结构的整体抗震性能。研究表明,倒三角型分布的结构水平极限荷载和弹性抗侧刚度都小于均匀分布得到的结果;拉索的最大拉应力均未达到屈服强度650MPa,并且随着水平荷载的逐渐增加,一部分拉索拉应力逐渐减少,直至退出工作,而另一部分拉索则在预拉应力的基础上拉应力进一步增大;巨型钢框架—预应力复合支撑体系各构件的破坏顺序为巨型梁腹杆最先出现屈服,而后依次分别是巨型柱肢间的支撑、巨型八字支撑、巨型柱肢间的楼层梁;对该结构体系不能再沿用弹性设计反应谱的方法进行抗震设计,而应采用基于建筑抗震性能化的理念来进行合理、经济的抗震设计。     

组合式三维隔震支座力学性能试验研究

提出并设计了一种新型组合式三维隔震支座(3DIB),该支座由铅芯橡胶支座(LRB)和组合式碟形弹簧竖向隔震支座(DSB)组合而成,并进行了性能试验。性能试验结果表明,3DIB具有与LRB类似的水平特性、与DSB近似的竖向特性。3DIB具有可变的水平刚度与竖向刚度,水平等效阻尼比与竖向等效阻尼比均达到20%左右,并且具有较高的承载力,可以用于建筑结构的三维隔震。     

有初始转角的隔震支座在不同方向地震水平力作用下的力学性能研究

为了研究大跨度空间结构支座转动问题,对上下表面发生相对转动的橡胶隔震支座水平力学性能进行了研究。运用有限元分析软件ABAQUS研究了支座无初始转角时的水平性能,分析了有初始转角橡胶隔震支座在X向、Y向和45°向水平位移加载下的支座水平力学性能,得出了水平刚度与剪应变之间的变化关系。结果表明:X向和45°向水平位移加载时,在小剪应变下,支座水平刚度随初始转角的增大而减小,之后随初始转角的增大而增大;Y向水平位移加载下,在大剪应变之前,水平刚度随初始转角的增大而减小,之后随初始转角增大而增大;与无初始转角相比,有初始转角的橡胶隔震支座水平刚度较大,使得其在地震设防烈度下的隔震效果较差;在工程受力范围内,3种不同水平位移加载下,竖向压力的变化对水平刚度的影响较小。