天然橡胶支座(LNR)的等效阻尼比试验研究

简要论述了天然橡胶支座（LNR）的力学特性，通过不同温度、不同压应力、不同应变的相关性压剪试验研究了天然橡胶支座等效阻尼比的温度、压应力、应变相关性．试验结果表明常规条件下天然橡胶支座等效阻尼比在2％～3％之间，结合日本的相关资料及设计方法，隔震设计中可不考虑天然橡胶支座的粘滞阻尼．

冻融条件下矩形板式天然橡胶支座轴压性能

为研究矩形板式天然橡胶支座在不同冻融循环次数情况下的轴压性能,利用冻融试验箱,首先对5个试件分别进行25次、50次、75次、100次和150次高低温交变冻融循环,然后对冻融循环后的试件进行轴压性能试验,对试验后的试件外观、极限承载力、极限抗压强度、竖向刚度和抗压弹性模量进行对比分析.实验结果表明:随着冻融循环次数的增多,矩形板式天然橡胶支座试件的变形越大,橡胶层开裂现象越严重,极限抗压强度和抗压弹性模量下降越快.利用试验结果和最小二乘法给出的极限抗压强度及抗压弹性模量的衰减模型基本符合指数函数规律.

热腐条件下矩形板式天然橡胶支座剪压性能研究

为研究热腐条件下公路桥梁板式天然橡胶支座剪压性能,设计将一批天然橡胶支座置于恒温鼓风干燥箱中,控制一定的温度与湿度,分别进行20d、40d、60d、80d和100d的处理,模拟我国西北地区高温干燥环境对天然橡胶支座的影响,对处理后的试件进行剪压试验,并对其外观尺寸、极限承载力、极限抗剪强度、水平等效刚度及抗剪弹性模量等指标进行对比分析。试验表明热腐处理时间越长,试件出现局部破坏的现象越明显,变形越大,越容易发生脆性破坏,极限抗剪强度、抗剪弹性模量等指标下降的越快。通过对试验结果的对比分析,运用最小二乘法建立极限抗剪强度及抗剪弹性模量的衰减模型基本符合指数函数规律。

天然橡胶支座配方硫化返原性能研究

分别以促进剂种类、硫化体系、抗返原助剂、并用和降温的方法讨论了天然橡胶支座硫化返原的情况,优化了各种条件。结果表明,采用半有效体系、促进剂DM、加入Si-69和降温的方法,能较好地解决天然橡胶支座的硫化返原现象。

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)(γ)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)(γ)/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。

LNR天然橡胶支座在7度地震烈度区的应用

依托实际工程,研究在地震作用下,装配式预应力混凝土连续箱梁桥分别采用板式橡胶支座和LNR天然橡胶支座时,桥梁结构的地震响应情况。通过对比分析,确定安全、合理的结构抗震体系。

抗蠕变天然橡胶支座

蠕变现象在橡胶或其他高聚物中屡见不鲜 ,为了在一定程度上阻止蠕变现象 ,保证产品尺寸的稳定性 ,往往在橡胶制品中加入骨架材料 ,骨架材料同时也起着增强作用。文中主要侧重于从配方上对天然橡胶支座用的胶料进行抗蠕变研究 ,通过不同的配方设计 ,研究胶料的抗蠕变性能 ,描述橡胶拉伸蠕变和压缩蠕变的试验过程 ,并对蠕变试验数据利用外推法加以分析处理 ,从而预测 15年后的蠕变值。

低温对天然橡胶支座力学性能与隔震结构地震反应的影响

为研究在低温条件下温度对天然橡胶支座性能的影响,通过设置-40℃、-30℃、-20℃和23℃不同温度工况对直径为500 mm和600 mm的天然橡胶支座进行了拟静力试验。试验表明,随着温度降低,支座的力学性能也随之变化。在-40℃条件下,直径为500 mm的天然橡胶支座的竖向压缩刚度和水平等效刚度与常温23℃时相比分别增加了29.9%、11.4%,直径为600 mm的天然橡胶支座的竖向压缩刚度和水平等效刚度与常温23℃时相比分别增加了42.3%、49.1%。结合低温下隔震支座的相关参数,对隔震结构进行了地震反应分析。分析表明,考虑低温影响后,随着温度降低,隔震结构中震下的层剪力和水平向减震系数随之增大,大震下的层位移角随之增大。

氯丁胶替代天然橡胶支座保护层的研究

用氯丁胶替代天然橡胶隔震支座保护层,以获得更好的抗老化性能。研究其用于隔震支座保护层胶的可行性。结果表明:与天然橡胶保护层相比,氯丁胶保护层胶能在保持与内层胶的黏接不受影响的前提下,热空气老化性能、耐臭氧老化性能更好,但低温性能较差。

LNR天然橡胶支座在7度地震烈度区的应用

依托实际工程,研究在地震作用下,装配式预应力混凝土连续箱梁桥分别采用板式橡胶支座和LNR天然橡胶支座时,桥梁结构的地震响应情况。通过对比分析,确定安全、合理的结构抗震体系。

天然橡胶隔震支座温度相关性能试验研究

详细研究了建筑隔震结构中天然橡胶隔震支座的温度特性 .研究内容分 4个方面 :①恒定温度条件下的温度相关性试验 ,温度范围由 - 2 0℃至 40℃ ;②恒温 10 0℃状态下老化 185h和 2 40h的长期性能试验 ,确定支座使用 6 0年后的力学性能 ;③与老化条件相同 ,但同时施加恒定压力 ,测定支座使用 6 0年后竖向压缩变形量的徐变特性试验 ;④进行了高温燃烧并经冷却后的基本性能及界限性能试验 .根据试验结果 ,提出了支座水平刚度的温度修正方程和设计人员结构反应分析中刚度的取值范围 .

考虑尺寸效应的近海桥梁天然橡胶隔震支座力学性能老化时变规律研究

目前天然橡胶支座(NRB)的性能研究大多未考虑尺寸效应,在前期开展的近海桥梁隔震支座和材料老化时变规律研究的基础上,同时考虑支座直径尺寸变化和老化作用时间的影响对NRB的性能进行研究。首先采用ABAQUS有限元软件对不同直径尺寸NRB的性能进行分析,得到了NRB性能随直径尺寸的变化规律;然后结合前期老化作用对NRB及其橡胶材料性能时变规律的影响研究成果,分析了直径尺寸及老化作用时间共同作用下,NRB性能的变化规律,并通过ABAQUS有限元分析,验证了该变化规律的准确性。结果表明:NRB的水平刚度和竖向刚度均随其直径尺寸的增大呈正比例增大趋势;NRB水平刚度比和竖向刚度比均随老化作用时间的增长呈线性增大趋势;且直径为150mm的NRB在实际环境老化60a后,其水平刚度和竖向刚度的增长幅度分别为:30.8%和16.41%,由此可见老化作用时间对NRB水平刚度的影响较显著,对其竖向刚度的影响较小。研究内容可为隔震桥梁结构中支座缩尺模型试验的相关设计提供参考,并为将实验室缩尺橡胶隔震支座的相关成果较好地应用于实际工程计算及设计中提供依据。

天然橡胶隔震支座温度相关性有限元模拟

采用大型有限元分析软件ANSYS对天然橡胶隔震支座的温度特性进行了模拟,模拟主要包括:①常温条件下相关性能试验的模拟;②恒定温度条件下相关性能试验的模拟,并与其他人的试验结果进行了对比分析。研究表明:在一定温度范围内,有限元模拟结果与试验结果吻合的较好。因此,可采用有限元分析橡胶支座的温度相关性。

不同剪切变形下橡胶隔震支座竖向压缩刚度试验研究

针对橡胶隔震支座,研究了其在不同水平剪切变形状态下的竖向压缩刚度理论计算方法,基于双弹簧模型,提出了改进的不同剪切变形状态下橡胶隔震支座竖向压缩刚度理论计算公式。采用建筑结构中常用的第二形状系数S 2=5系列(G4)天然橡胶支座及铅芯橡胶支座,进行了不同压应力及不同剪切变形下的压缩性能试验,通过试验研究不同水平剪切变形状态下的橡胶隔震支座竖向压缩刚度。研究结果表明:橡胶隔震支座竖向压缩刚度随剪应变增大而减小,随设计压应力增大而增大;在设计压应力相同的条件下,橡胶隔震支座竖向压缩刚度随压应力变化范围的增大而减小;基于橡胶隔震支座有效承载面积的公式虽能反映支座竖向压缩刚度随剪应变增大而减小这一趋势,但与试验结果相比误差较大;既有的基于双弹簧模型的竖向压缩刚度计算公式计算精度优于基于有效承载面积的竖向压缩刚度计算公式,但在150%以上剪应变时,也存在误差较大的问题;提出的改进的基于双弹簧模型的不同剪切变形状态下橡胶隔震支座竖向压缩刚度计算公式与试验结果吻合较好,与既有基于有效承载面积计算橡胶隔震支座竖向压缩刚度和基于双弹簧模型的计算橡胶隔震支座竖向压缩刚度的公式相比较,具有较高的计算精确度。

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。

不均匀老化对近海桥梁隔震橡胶支座性能影响及简易预测方法

将支座、同材质橡胶块体和橡胶片放置在同样的试验环境下开展试验,建立天然橡胶材料老化后硬度与距表面距离的变化规律公式。利用ABAQUS软件,建立橡胶隔震支座的有限元分析模型,通过与试验数据的对比,验证模型的有效性。建立近海桥梁中隔震橡胶支座沿厚度方向不同硬度变化的不均匀老化模型,进而开展不均匀老化对竖向刚度及水平刚度的影响分析。建立考虑不均匀老化后的橡胶隔震支座刚度计算公式,提出隔震支座性能老化简易预测方法。研究结果表明:不均匀老化会导致橡胶支座平面各点竖向应变不均匀,在长期荷载和老化作用下,会使支座内部产生损伤;支座水平刚度主要与老化区域有关,与加载方向没有关系。

隔震支座非线性特性的数值模拟

对隔震支座进行精细的数值仿真是准确模拟隔震支座力学特性的基础。在确定天然橡胶本构模型参数的基础上,采用有限元软件建立了不同形状系数的隔震支座模型,并对支座施加竖向荷载和水平循环往复位移荷载情形进行了动力特性分析。分析结果表明,铅芯橡胶隔震支座的水平刚度随轴压应力的增大而降低,但是变化幅度不大,而水平刚度随第一、第二形状系数的增大而提高。结果还表明隔震支座的力学特性可以采用数值方法进行准确模拟。

弹性软碰撞防护装置试验研究

为限制隔震层位移,对能提供刚度的弹性软碰撞防护装置进行了试验研究,该装置主要由天然橡胶支座、剪力键及中空连接钢板组成.首先对天然橡胶支座进行了设计压应力12 MPa下基本性能试验及压应力0 MPa下剪切试验.然后,进行了三种型号的弹性软碰撞防护装置的水平力学性能测试试验,测定该类装置的水平等效刚度及支座顶端在装置工作过程中的转角,探讨不同剪力键连接方式、不同材质的剪力键及中空连接钢板、剪力键外圆面是否罩橡胶套、不同支座直径以及不同橡胶剪切模量的影响及差异.对比分析了弹性软碰撞防护装置的水平等效刚度与支座部分在0 MPa下试验结果的差异.结果表明:单纯采用过盈配合的连接方式,剪力键存在松动的可能,改进的连接方式是可行的,在剪力键外圆面罩上橡胶套后可避免或减轻中空连接钢板的损伤;与0 MPa下支座试验结果相比较,装置水平等效刚度的降低程度及支座顶端转角随支座部分剪应变的增大而增大;不同支座直径及不同橡胶剪切模量,装置水平等效刚度的降低程度及支座顶端转角有所差异.

黏滞阻尼器层间隔震结构振动台试验研究

层间隔震结构是基础隔震结构的发展与延伸,作为一种复杂结构体系,基础隔震结构的工作机理不一定完全适合,延长结构的周期可能无法同时降低上、下部结构的地震响应。此类体系以往的理论及试验研究,隔震层的阻尼多由铅芯橡胶支座提供,采用天然橡胶支座及黏滞阻尼器作为隔震层,进行了层间隔震结构振动台试验研究。设计了一个4层的钢框架模型,依次进行了基础固接、基础隔震、1层顶隔震、2层顶隔震及3层顶隔震的振动台试验研究,测定结构的加速度、层间位移及层剪力系数。试验结果表明:黏滞阻尼器层间隔震结构具有良好的减震效果。建立了层间隔震结构的有限元模型,将有限元分析结果与试验结果进行了对比。

采用隔震加固技术的某医疗建筑抗震性能分析

以上海某医院一制剂楼为研究对象,分别采用天然橡胶支座隔震体系和铅芯橡胶支座隔震体系,并对其进行弹塑性时程分析。探究了在多遇地震、罕遇地震作用下两种隔震体系的楼层剪力、层间位移角、顶层加速度以及能量耗散等各项性能指标。结果表明:采取隔震加固技术后各项指标都满足了规范的要求并且使结构具有更好的隔震性能。