建筑橡胶支座拉伸性能的计算模型与评价准则

目的建立力学模型,研究橡胶隔震支座稳定性结构体系安全问题.方法基于橡胶支座拉伸应力应变关系曲线,提出了双刚度与原点拉伸刚度应力应变两个计算模型,分析了橡胶支座弹塑性拉伸性能的恢复力模型.结果提出了评价橡胶支座拉伸性能的“3G评价准则”,并采用低弹性天然橡胶和铅芯橡胶支座试件进行了试验研究.建立的计算模型和评价准则所计算的结果与实测值具有良好的一致性.结论工程设计中橡胶支座在拉伸应力不超过3G的条件下,支座具有稳定可靠的力学性能,确保隔震结构处于安全状态.     

修正双线性模型对隔震结构地震响应影响的研究

铅芯橡胶支座的水平力学性能指标受到剪切应变的影响(剪应变相关性),剪应变相关性必然影响到隔震结构地震响应的计算结果。基于不同规格铅芯橡胶支座(直径700 mm、1 000 mm、1 100 mm)的剪应变相关性压剪试验,对考虑剪应变相关性的屈服后刚度及屈服力修正公式进行了验证。分别采用双线性与修正双线性恢复力模型模拟铅芯橡胶支座,对单质点及多质点的隔震结构模型进行时程分析;通过计算和对比,研究了采用两种双线性模型的地震响应差异。结果表明:采用双线性模型基本能够满足要求,但当地震波加速度峰值或铅芯橡胶支座剪切应变较小时,存在较大误差.     

型钢高强高性能混凝土框架节点P-Δ恢复力模型

为了解地震作用下型钢高强高性能混凝土框架梁柱节点的滞回性能和恢复力特性,进行了5榀1∶4比例不同混凝土强度等级、不同轴压比的框架中节点低周反复加载试验。在试验所获得的滞回曲线和骨架曲线的基础上建立了适合于型钢高强高性能混凝土框架节点的考虑刚度退化的三线型恢复力模型。该恢复力模型包括一条基于计算的三折线骨架曲线模型、刚度退化规律以及基于试验现象的滞回规则。所提出的恢复力模型能较好地反映试件的滞回性能,可供型钢高强高性能混凝土框架节点及其结构在进行弹塑性地震反应分析时参考。     

高速公路多联连续梁桥隔震研究

针对高速公路多联连续梁桥的抗震问题,本文对铅芯橡胶支座和摩擦摆支座进行了隔震效应分析与设计优化。本文基于多联有限元模型和非线性时程分析方法,分析了多联体系下各墩地震响应的差异,及铅芯橡胶支座和摩擦摆支座的隔震和耗能效果,并对隔震支座的参数布置进行了优化。结果表明：多联桥梁交界墩的地震响应较联内墩一般增大20%以上,交界墩上部结构跨径差异较大时甚至可达75%。铅芯橡胶支座位移限制能力和大震耗能更好,且屈服前刚度越大、屈服强度和屈服后刚度越小,滞回耗能能力越强;摩擦摆支座小震时即可发挥其隔震效果,且滑动摩擦系数越小、曲率半径越大,隔震效果越好。通过在交界墩布置更多隔震支座可在保证一定隔震率的同时改善桥墩受力不均匀的问题,具有一定的工程参考价值。     

铅芯橡胶隔震支座恢复力模型的分析方法

在综合Spacone关于梁柱的纤维模型和铅芯橡胶隔震支座剪切变形特点的基础上，提出了采用纤维单元有限元模型来分析隔震支座在竖向和横向荷载作用下的滞回模型．结果表明，采用纤维单元模型的模拟结果与试验曲线基本吻合，它既可用于分析隔震支座的基本参数，也可用于隔震建筑的动力响应分析．     

碟形弹簧竖向隔震装置的恢复力模型及其试验验证

为研究碟形弹簧竖向隔震装置(DSI装置)的恢复力模型,对DSI装置的受力机理及变形特征进行深入分析;在此基础上,建立DSI装置的原点指向恢复力模型(OO恢复力模型).此外,对典型DSI装置进行往复荷载作用下的力学性能试验,分析其荷载-位移滞回曲线特征,并利用试验结果对OO恢复力模型的有效性进行验证.研究表明:OO恢复力模型具有典型的非对称性特征,摩擦力对其恢复力特性影响较大;往复荷载试验工况下,DSI装置的荷载-位移滞回曲线具有典型的非对称性特征,加载频率对其力学特性影响较小,动荷载幅值和加载预压位移的大小对其力学特性影响较大.随着动荷载幅值的增加,DSI装置的荷载-位移滞回曲线饱满度逐渐减小,因加、卸载刚度不同呈明显不对称性形状;随着加载预压位移的增大,DSI装置的荷载-位移滞回曲线趋于饱满,其耗能能力逐渐增强.OO恢复力模型能够有效模拟DSI装置的力学行为,利用OO恢复力模型计算的DSI装置的等效刚度及等效阻尼与试验结果的误差在8%之内.     

中高强度钢材钢框架组合节点滞回模型研究

钢框架节点在低周往复荷载作用下的滞回曲线是评价其抗震性能的重要指标,为了得到中高强度钢材钢框架梁柱组合节点滞回模型,本文通过4个足尺组合节点试件在往复荷栽作用下的破坏试验,获得了节点滞回曲线的骨架曲线和包络图,分析了混凝土楼板配筋率和加裁方式对节点承载和延性的影响,并由此得到考虑组合节点承载能力和刚度退化的三线型恢复力模型.由分析结果可以看出,楼板配筋率主要影响节点延性;正对称加载会明显提高节点的初始刚度和正弯矩极限承载力;恢复力模型可用于弹塑性地震时程反应分析.     

基于ANN的铅芯橡胶支座力学性能快速评估方法

在铅芯橡胶支座设计制造、性能评估中,传统试验方法与有限元方法难以实现支座力学性能快速评估,寻求最佳设计参数组合所需代价较大.为弥补传统方法的不足,本文提出了基于ANN的铅芯橡胶支座力学性能快速评估方法及参数寻优方法.首先,基于试验数据建立铅芯橡胶支座有限元模型,并通过试验数据与理论计算结果验证有限元模型的正确性与精度,...     

某类铅芯橡胶支座的端部水平动静比研究

为了研究铅芯橡胶支座的端部水平动剪力与静剪力的关系,提出了动静比,并对于橡胶剪切模量为0.6 MPa的铅芯橡胶支座进行动静比的初步分析,依据建筑抗震设计规范对铅芯橡胶支座竖向设计荷载的规定,采用非线性模型对常用的铅芯橡胶支座进行动力时程响应分析,研究了铅芯橡胶支座的直径、屈服后刚度与屈服前刚度比及其竖向设计荷载等参数对地震作用下铅芯橡胶支座端部水平动静比的变化趋势和分布状态的影响,主要探讨了各种参数下剪切变形与动静比的变化关系,给出了动剪力的简化计算的一般公式.研究表明随着铅芯橡胶支座剪切变形的增大,其动静比逐渐的在降低,动剪力和静剪力逐渐接近.当剪切变形达到250%时动静比在1.25以内,此时动剪力简化计算结果与数值分析结果变化趋势基本一致,具有一定的可靠性.     

近震作用下桥墩变高度隔震梁桥设计研究

通过定义桥墩变高度隔震梁桥的支座强度率、各桥墩刚度率和总体系刚度,对总支座强度和扭转反应进行了归一化,并基于Park模型模拟双向水平近震作用下铅芯橡胶支座的非线性动力恢复力特性,对桥梁进行非线性时程分析,研究了桥墩刚度率和支座强度率的分布等对桥墩变高度隔震梁桥的支座剪力与位移、桥墩变形、桥面位移和桥梁扭转反应的影响.结...     

铅芯橡胶支座隔震桥双向地震响应影响因素研究

考虑铅芯橡胶支座双向耦合作用更能模拟LRB隔震桥在地震波作用下的实际响应。文章以一座典型三跨连续梁桥为工程背景,通过对结构的离散建立包含铅芯橡胶支座出力的全桥有限元分析模型,采用Bouc—wen模型模拟LRB的非线性双向耦合特性,采用增量形式的Newmark方法和龙格库塔法联合求解非线性动力方程。通过比较在不同的桥梁结构几何参数和支座参数下的地震响应来研究这些参数对双向隔震桥地震响应的影响。数值结果表明,桥墩刚度和支座初始刚度、硬化比和屈服强度对LRB隔震桥响应影响很大,在进行隔震设计时,必须对以上参数进行优化设计,选择最合理的参数,使地震响应降到最低。     

简支梁桥铅芯橡胶支座减震特性研究

以一座4×40 m 简支 T 形梁桥为例,对常规非隔震设计的板式橡胶支座和减隔震设计的铅芯橡胶支座（LRB）进行对比分析,比较了2种支座设计下桥梁结构的动力特性以及采用隔震设计后桥梁结构内力、位移响应与非隔震设计的差别。在其他条件一致前提下,研究了铅芯橡胶支座的力学参数对减隔震效果的影响。研究结果表明：铅芯橡胶支座较板式橡胶支座设计的桥梁可以延长结构的周期;设计的铅芯橡胶支座具有明显的减震效果,铅芯橡胶支座可以大幅度减小各墩墩底剪力及墩底弯矩,各墩所受地震力重新合理分配且受力趋于平衡;同时在减隔震设计中,只考虑增大铅芯橡胶支座的型号反而会给桥梁下部结构带来不利的影响。     

Experimental and theoretical study on vibration control ofbase-isolation with energy transducer

In order to evaluate the effects of structural control and energy transition for the base-isolation with energy transducer (BIET), shaking table tests on a steel frame model (BIET system) with scale of 1:4 were conducted and the results were compared with the lead rubber bearing (LRB) isolation system for the same model. Then numerical analysis of the system was carried out, in which the improved Wen analytic model was used to simulate the hysteretic law of transducers. The results show that the structural system can transform the partial earthquake energy to hydraulic energy; furthermore, the effect of structural control can reach or be close to that of the LRB isolation system. The agreements between numerical analysis results and those of shaking table tests demonstrate the accuracy of the numerical model.     

考虑环境温度效应的隔震橡胶支座力学性能试验

为研究环境温度对隔震橡胶支座力学特性的影响,利用高速压剪试验设备针对直径700 mm的隔震橡胶支座（LRB700以及LNR700）开展一系列不同温度（-20、0、23 ℃）、不同频率（0.2、0.25、0.3 Hz）以及不同剪应变（50%、100%、250%）的压剪试验。鉴于高速高压（15 MPa的竖向压应力）试验设备本身会产生较大的惯性力以及摩擦力,分别提供相应的修正方案以便准确获得支座的力学性能指标。结果表明:随着加载圈数的增加,LRB700内部铅芯的温度变化较为明显,并呈现关于高度的对称性,而LNR700内壁温度变化很小;LRB700及LNR700的相关力学性能指标（如水平屈服剪力、屈服后水平刚度以及水平等效刚度）随环境温度的降低都表现出不同程度的上升趋势,其中,LRB700水平屈服剪力上升15%~32%,LRB700屈服后水平刚度上升7%~16%,LRB700与LNR700水平等效刚度分别上升12%~23%、5%~16%。基于上述结果并结合相关规范针对LRB700以及LNR700提出考虑环境温度效应的力学性能调整系数。     

环境温度对SMA–LRB隔震桥梁地震响应的影响

为减小地震作用下桥梁的最大响应及残余变形,结合铅芯橡胶支座(LRB)及形状记忆合金(SMA)的优点,组合形成具有自复位能力的SMA-LRB支座。针对橡胶和SMA材料的温度敏感性问题,基于一座4跨SMA-LRB隔震连续梁桥,考虑SMA-LRB支座在不同环境温度下的力学特性,对不同环境温度下的隔震连续梁桥进行非线性动力时程分析,得到结构关键部位的动力响应。结果表明:LRB上加设SMA可有效控制支座的位移响应,且SMA自复位特性使其对残余位移的控制效果显著;随着环境温度的降低,LRB和SMA-LRB两种支座的峰值位移和残余位移均随之而减小,但SMA-LRB支座对位移控制能力和自复位能力较常温有所降低;支座刚度随着环境温度减小而增大,致使桥墩墩顶位移和墩底剪力也随之增大,且较低墩的墩底剪力对温度变化更加敏感。     

基于MRD与LRB混合控制的隔震连续梁桥地震响应

为了研究磁流变阻尼器(MRD)与铅芯橡胶支座(LRB)混合控制对桥梁结构地震响应及隔震效果的影响,以典型三跨连续梁桥为背景,采用平行板模型模拟MRD的本构关系,采用Bouc-Wen模型模拟LRB的力-位移非线性行为,通过对结构的离散建立无控制、LRB单独控制、MRD与LRB混合控制的多种控制工况有限元计算模型,运用有限单元方法建立系统的动力特性矩阵,并采用瞬时最优控制算法对其进行了非线性时程对比分析.分析结果表明:采用MRD与LRB混合控制工况与LRB单独控制工况相比,前者的结构地震响应明显降低,隔震效果得到明显提高;在桥墩、桥台处均安装MRD与仅在桥墩或桥台处安装MRD的LRB隔震桥梁相比,前者对结构地震响应的控制效果更好.     

单指标分析在抗震支座参数优化中的应用

建立了大跨度斜拉桥和抗震支座的空间有限元模型,采用时程分析方法计算了铅芯橡胶支座不同参数条件下斜拉桥的地震响应.提出把单指标分析和正交设计方法用于大跨度斜拉桥的抗震支座参数优化.研究表明把单指标分析用于铅芯橡胶支座的参数优化,能够以较小的计算量获得各因素的主次关系及较优水平组合;在斜拉桥铅芯橡胶支座的3个参数中,铅芯直径是主要的控制性因素,橡胶直径是次要因素,而橡胶剪切模量则是影响最小的因素;铅芯能耗散地震产生的能量,减小主梁纵向位移和塔顶位移的同时,又能有效减小塔根弯矩,相比普通弹性连接装置能更加有效的减小斜拉桥地震响应.