四铅芯橡胶支座显式有限元分析及试验研究

采用显式有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA分析四铅芯橡胶支座(GZY700A、GZY800A)的非线性动态特性,建立四铅芯橡胶支座的FEA(有限元)模型,针对支座中心加竖向荷载和水平向循环往复位移荷载进行数值模拟分析。同时,对4个四铅芯橡胶支座试件进行非线性力学性能试验,并与有限元数值模拟结果、理论计算结果进行对比分析。研究表明:有限元数值模拟结果与试验曲线吻合得较好。因此,采用显式有限元分析橡胶支座可以为确定多铅芯橡胶支座的动力分析提供计算方法。     

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。     

纤维橡胶支座的力学性能研究

针对目前的铅芯橡胶支座(LRB)存在的大体积、笨重、施工安装不便且生产工艺复杂等缺点,采用纤维布代替内部钢板,开发新型的隔震支座——纤维橡胶支座(FREI)。采用ABAQUS对纤维橡胶支座进行了静力和动力有限元分析,分析了纤维橡胶支座在竖向荷载和剪切荷载作用下纤维布和橡胶的应力分布规律,并讨论了纤维橡胶支座的破坏特征。比较了纤维橡胶支座和铅芯橡胶支座的力学性能,结果表明,纤维橡胶支座拥有与铅芯橡胶支座相当的竖向压缩性能和水平剪切性能,可为纤维橡胶支座的进一步研究及实际应用提供参考。     

铅芯橡胶支座力学性能环境温度相关性研究

铅芯橡胶支座被广泛应用于建筑、桥梁、储液罐及核设备的隔震中。相关研究表明,环境温度对铅芯橡胶支座的力学性能影响较大,但目前仍缺乏基于铅芯橡胶支座组成材料热-力本构特征以及不同特征参数的支座力学性能随温度变化规律的研究。本文从材料层面出发,基于支座组成材料热-力本构特征,建立了铅芯橡胶支座的热力耦合有限元模型,并通过试验验证了支座有限元模型的准确性。通过参数分析,研究了支座关键力学性能指标随环境温度的变化规律。本文提出的热-力本构模型可以为铅芯橡胶支座的隔震设计提供参考。     

超低硬度橡胶隔震支座力学性能的有限元分析

对G值约为0.196 MPa、直径600 mm的超低硬度天然橡胶隔震支座(LNR)和铅芯橡胶隔震支座(LRB)在竖向压应力作用下进行了有限元(FEA)初步数字模拟研究。建立了支座的精细有限元模型,并对其基本力学性能的有限元计算结果与理论计算结果、试验结果进行了对比,吻合较好,侧面验证了计算模型的正确性。通过对LNR和LRB在竖向压力下的有限元数值分析模拟,研究了天然橡胶隔震支座内部钢板应力特征、内部橡胶应变特征、铅芯橡胶隔震支座中铅芯应力特征、铅芯与内部钢板及内部橡胶的相互作用机理。LNR支座FEA初步分析表明,因硬度超低,靠近孔壁处内部橡胶在竖向压应力下较早表现出较大非线性,内部钢板在孔壁处较早出现一定程度的应力集中。LRB支座FEA分析中表明,铅芯与内部橡胶、内部钢板相互作用明显。     

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。     

刚构体系斜拉桥横向减震分析研究

建立了刚构体系斜拉桥有限元模型,进行了结构自振特性分析,对设不设置铅芯橡胶支座的2种模型进行了地震响应分析,并对减震支座参数进行了合理性研究。结果表明:刚构体系斜拉桥设置铅芯橡胶支座可以获得良好的减震效果。该结论可供同类型桥梁减震设计参考。     

框架结构基础隔震方案的选择

某框架结构商场设计采用基础隔震,拟选用普通橡胶支座或铅芯橡胶支座,运用SAP2000有限元分析软件对两种隔震方案输入EI-Centro波进行非线性时程分析。结果表明,采用普通层叠橡胶支座的方案结构在前3个振型中增加的自振周期高于铅芯橡胶支座方案,且由地震引起各楼层的加速度略小于铅芯橡胶支座方案;采用铅芯橡胶支座方案各楼层的层间最大位移略小于普通层叠橡胶支座方案。综合考虑隔震效果、造价和施工等因素,该工程选用普通层叠橡胶支座方案更为合适。     

铅芯橡胶支座性能试验对比研究

对基础隔震模型振动台试验中使用的铅芯橡胶支座性能进行了试验研究 ,在振动台试验前后分别对所使用的橡胶支座做了性能试验 ,研究了单个支座性能试验结果与模型中支座的性能关系。对振动台试验初始工况和模型经历数十个地震动输入工况后橡胶支座的性能作了研究。分析的主要参数有铅芯橡胶支座的屈服后水平刚度、屈服荷载及支座水平力 位移滞回曲线。分析结果可供采用铅芯橡胶支座的基础隔震房屋分析和设计时参考     

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。     

变高墩曲线连续梁桥减隔震分析

以一项实际工程为背景,取其中一联变高墩曲线连续梁桥作为研究对象.该桥曲率半径250 m,最大墩高40m.采用SAP2000非线性模态时程分析方法（FNA）,分别分析了原结构、带铅芯橡胶支座的结构、带粘滞阻尼器的结构、两种混合减隔的结构等5种工况.对比了5种工况的分析结果,这些结果包括梁体位移、墩顶位移、墩底反力.分析结果表明,采用布置适当的铅芯橡胶支座加粘滞阻尼器的混合减隔震方法,其减震效果比单纯使用铅芯橡胶支座或是单纯使用粘滞阻尼器更好.     

隔震技术在大跨空间网壳结构中的应用研究

文章介绍了基础隔振技术在结构抗震中的应用,给出了铅芯橡胶隔震支座的有限元模型和求解基础隔震动力方程的非线性方法,并结合实际工程,进行了大跨度凯威特网壳结构的基础隔震分析研究,可以得到,设置隔震系统之后,结构的自振周期明显增长,降低了结构的地震荷栽作用。上部结构的位移有所增大,符合隔震特征,但是需要注意结构的整体稳定性,结构的加速度得到了有效控制,同时对于下部结构的作用明显减小,可以对实际工程提供参考指导。     

连续梁桥在桩-土共同作用下的隔震效果分析

建立了澳门澳凼第三大桥的9跨连续梁桥的梁体、桥墩和基础共同工作的空间有限元分析模型,建立了3种桥梁支座形式的弹簧单元恢复力模型;并分别在顺、横桥向输入EL-Centro波进行连续梁桥的对比时程分析。研究表明:采用铅芯橡胶支座能延长结构的周期;减小桥墩底部的弯矩和剪力,并使剪力得以合理分配;同时梁体位移也得到控制,隔震效果显著。     

含减振子结构的巨型框架结构模型振动台试验研究

在含减振子结构的巨型框架结构(MFVCS)中,通过在部分主、次框架的连接处,即次框架柱底部和主框架梁之间设置隔震支座,从而形成减振子结构.为研究MFVCS的减震效果,设计并制作了一个几何缩尺比为1/25的模型,通过更换最顶部的子结构柱底的支座类型,形成非减振和单减振巨型框架两个结构.通过振动台试验,得到了两结构的动力特...     

行车荷载作用下隔震双层连续梁桥的舒适度评价

连续梁桥安装铅芯橡胶支座后,由于铅芯橡胶支座的水平刚度较小,会减小桥梁的整体水平刚度,可能会影响桥梁的行车舒适度。为研究某隔震双层连续梁桥在行车荷载作用下的动力响应和行车舒适性问题,本文采用一般考虑剪切变形梁单元的三次Hermite插值函数,通过Matlab编程将车辆移动过桥时的荷载转换成梁各节点的荷载时程;然后用通用有限元程序ANSYS对行车荷载作用下隔震双层桥梁的动态响应进行时程分析。由于行车荷载主要引起桥梁的竖向振动,基本不会引起桥梁的水平振动;所以本文对其竖向振动的时程分析结果进行频谱分析,并对该隔震桥梁进行了行车舒适度评价。结果表明,该隔震桥梁满足舒适度要求。     

柔性储罐底环梁基础隔震地震动响应分析

基于储罐柔性罐底以及环梁基础结构的特点,提出了一种采用扇环铅芯叠层橡胶水平隔震支座与筒式黏弹性阻尼器碟形弹簧竖向隔震支座串连而成的三维隔震支座,将其与环梁基础联结构成隔震环梁基础。以50000m3储罐为例,忽略储罐罐壁的质量,将采用隔震环梁基础的大型储罐中的液体质量简化成不考虑质点间耦合作用的三质点体系模型,在水平地震动激励下对其进行水平隔震地震动响应分析,给出了简化模型地震动响应变化规律;考虑储罐罐壁与液体耦合作用,将采用隔震环梁基础的大型储罐中的液体质量简化成单质点体系模型,在竖向地震动激励下对其进行竖向隔震地震动响应分析,同样给出了简化模型的地震动响应变化规律。     

屋盖结构柱顶隔震技术的研究

根据屋盖结构的特点,提出柱顶隔震技术;随之,建立串联弹簧模型理论用于初步确定隔震垫参数,再使用非线性动力时程分析法进行详细设计。算例表明,屋盖隔震技术不仅大大降低了屋盖本身的反应,也有效保护了柱和基础等下部结构,而且屋盖侧移和隔震垫变形正常,因此柱顶隔震技术应用于屋盖结构是可行的。     

叠层橡胶基础隔震结构的地震动力反应分析

基础隔震是新近发展起来且正在不断完善的一种技术。以一幢12层框架-剪力墙结构作为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS对底部两层框架结构进行非线性动力时程分析,探讨采用叠层橡胶基础隔震技术后的减震效果及其地震反应的特点。通过计算分析比较,可以看出建筑物采用橡胶垫隔震支座后隔震效果显著,大大的减轻了结构的水平地震作用。而且隔震结构的基底剪力、层间位移、各层加速度都远远小于不隔震结构。