Experimental and Finite Element Analysis for Multi-lead Rubber Bearings:A Comparative Study

The mechanical properties of multi-lead rubber bearings （MLRBs） were investigated by experiment and finite element analysis. First, the vertical stiffness, horizontal stiffness and yielded shear force were tested for four MLRB specimens and two specimens of the single-lead rubber bearings （ SLRBs）. Then, the MLRBs were modeled by the explicit finite element analysis software ANSYS/ LS-DYNA, in order to evaluate the horizontal force-displacement hysteretic curves under static vertical and dynamical horizontal loadings. The disagreement between the tested and theoretical values was less than 11.4%, and MLRBs and SLRBs were similar in vertical stiffness, pre-yield stiffness and yield stiffness.

空气弹簧-铅芯橡胶支座三维隔震装置力学性能

为提高柔性建筑结构的隔震能力,提出一种兼具水平和竖向隔震功能的空气弹簧-铅芯橡胶支座(AS-LRB)三维隔震装置.介绍了该三维隔震装置的构造,分别对该三维隔震装置水平和竖向力学性能进行了试验研究,提出了该三维隔震装置水平和竖向力学性能参数的计算方法.研究结果表明:该三维隔震装置采用空气弹簧(AS)进行竖向隔震,采用铅芯橡胶支座(LRB)进行水平隔震;竖向隔震的载荷-位移曲线表现出非线性变化的特点,其竖向力学性能受空气弹簧气压的影响明显;水平隔震的耗能能力强,其水平力学性能受加载幅值和空气弹簧气压的影响明显.通过与试验结果的对比表明,所提出的计算方法能够准确地计算该三维隔震装置的水平和竖向力学性能参数.

铅芯隔震橡胶支座关键抗震性能参数极低温效应试验研究

中国北方部分地区冬季易受到极寒气候的影响,研究铅芯隔震橡胶支座在此环境下的性能变化规律和规范适用性,对结构抗震安全性具有非常重要的意义。对3种不同形状的铅芯隔震橡胶支座,分别进行了不同温度(-60~40℃)和不同低温暴露时间(1、2、7 d)下的剪切性能试验,得出了支座的关键抗震性能参数(特征强度、水平等效刚度、屈服后刚度和等效阻尼比)随温度和低温暴露时间的变化规律。研究表明:支座形状对铅芯隔震橡胶支座的低温隔震性能影响较小;而橡胶配比在极低温时的影响至关重要;在满足各项性能需求的前提下,低温减隔震支座宜优先选择剪切模量较小的支座;支座的关键抗震性能参数在低温暴露时间约为2 d时达到一个相对稳定的状态。

高层隔震结构非线性地震响应分析及设计方法研究

高层隔震结构的分析理论和设计方法是目前隔震技术向高层建筑推广的2个关键理论问题。本文以高烈度区宿迁市已经竣工的高层隔震建筑阳光大厦为工程实例,对高层隔震结构的非线性地震响应分析方法进行了研究,包括隔震支座竖向不同拉压刚度的模拟、各种类型的隔震支座水平力学特性的准确模拟,以及不同地震动输入方式和输入角度对隔震支座受拉情况的影响分析等;在此基础上,对隔震层的设计方法进行了分析,提出了隔震层设计的基本原则,进而给出了控制隔震层设计的基本指标,包括隔震支座的长期面压、极值面压、隔震层偏心率等;最后,对高层隔震结构的相关构造要求进行了必要的说明。

1200型大直径建筑叠层铅芯橡胶隔震支座性能研究

对隔震建筑采用1200型大直径叠层铅芯橡胶隔震支座进行了力学性能研究,并对其实施了系统性能试验.研究其竖向压缩性能、水平剪切性能、阻尼比和水平极限变形性能,指出竖向压力及水平剪切变形对大直径1200型隔震支座的性能影响.同时使其与Φ1100mm、Φ1000mm及Φ600mm型叠层铅芯橡胶隔震支座进行了对比分析.研究结果表明,中国生产的大直径1 200 mm型叠层铅芯橡胶隔震支座力学性能稳定可靠,可在实际工程中推广应用,并为高层建筑结构的隔震减震控制提供设计依据.

润滑脂性能指标对滚动轴承振动特性影响的实验研究

随着制造技术的发展,滚动轴承的加工精度不断提高,其振动与噪声很大程度上取决于润滑剂的性能。通过在相同空白润滑脂中添加不同性质的添加剂(包括纳米颗粒和液态添加剂)制备出不同的润滑脂。通过测试在同类轴承内加入不同润滑脂时的振动信号,并与几种测试润滑脂性能指标的实验相结合,分析了润滑脂的性质(包括流变特性和机械性质)对滚动轴承振动的影响。发现添加剂在接触区的存在形态以及油膜动态特性是影响轴承振动的重要原因。

多铅芯橡胶隔震支座非线性力学性能试验研究及其显式有限元分析

对应用于桥梁隔震的多铅芯橡胶支座进行非线性力学性能试验,并与理论计算结果进行对比分析。研究表明:多铅芯橡胶隔震支座性能稳定、受力性能良好、安装方便,是一种理想的桥梁隔震装置。在此基础上,采用显式有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA分析多铅芯橡胶支座的非线性动态特性,建立铅芯橡胶支座的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,进行了数值模拟分析,其结果与试验曲线基本吻合,从而为确定多铅芯橡胶支座的动力分析参数提供计算方法,进而可为设计新型铅芯橡胶支座提供指导。

基于热老化作用的橡胶隔震支座力学性能时变规律研究

在对近海桥梁橡胶隔震支座和橡胶材料进行老化试验的基础上,分析橡胶材料参数随老化作用的时变规律,进而采用ABAQUS有限元软件对橡胶隔震支座的力学性能进行了模拟分析,得到了橡胶隔震支座力学性能时变规律。结果表明:老化试验前和老化试验20 d(折合时间环境40年)后的试验结果和有限元分析水平刚度误差分别为5.29%(未考虑温度修正)、10.96%(未考虑温度修正);老化试验前和老化20天后竖向刚度误差分别为3.01%、-7.88%,上述误差值均在可接受范围内,因此,由橡胶材料参数随老化作用的时变规律通过有限元分析得出的橡胶支座力学性能时变规律结果较可靠,本文的研究内容可为橡胶隔震支座老化性能的研究及桥梁结构全寿命抗震性能分析提供理论依据。

竖向抗拔摩擦摆支座力学性能的试验研究

根据隔震技术在大跨空间结构中的研究现状,针对现有摩擦摆支座不具有抗拔性能的缺点,基于竖向抗拔摩擦摆支座的专利设计,提出一种新型构造的竖向抗拔摩擦摆支座,对其进行构造设计,建立相应的理论模型,并对相关力学性能进行试验研究。试验内容包括测定竖向抗拔摩擦摆支座在简谐激励下的滞回性能;考察竖向压力和滑移速度对支座滞回性能的影响;测定竖向抗拔摩擦摆支座滑动面间的摩擦系数以及竖向压力和滑移速度对摩擦系数的影响。试验结果表明,支座具有良好的耗能能力。

双凹摩擦摆隔震支座理论分析与数值模拟研究

介绍了双凹摩擦摆隔震支座的基本构成和隔震原理,从力学平衡原理出发对双凹摩擦摆隔震支座进行了理论分析,推导了双凹摩擦摆隔震支座的刚度,分别构造了双凹摩擦摆隔震支座在上下滑动面摩擦系数相同和不同情况下的滞回模型,并探讨了支座的回复特性,得到了其最大残余位移的计算公式.采用ABAQUS软件对双凹摩擦摆隔震支座进行了实体单元建模,数值模拟了低周反复荷载作用下的双凹摩擦摆隔震支座在上下滑动面摩擦系数相同和不同情况下的滞回特性及其回复特性.研究结果表明:①理论分析和数值模拟结果吻合较好,验证了提出的滞回模型和最大残余位移计算公式的正确性;②双凹摩擦摆隔震支座的滞回曲线饱满,具有良好的滞回性能;③该支座的刚度与上下滑动面的球面半径之和成反比,其隔震周期也仅与半径有关,与上部结构质量无关;④其最大残余位移为上下两滑动面的摩擦系数和球面半径的乘积之和.

橡胶座非线性弹性界限特性和屈曲特性理论和试验研究

本文系统地研究分析了橡胶隔震支座(以下简称为橡胶座)的界限特性和屈曲特性,界限特性的研究包括橡胶座的界限压缩、界限拉伸、界限剪切等特性,屈曲特性研究包括橡胶座的屈曲应力与界限剪切应变的相关特性。基于橡胶座的压缩刚度因子和拉伸刚度因子,给出了计算橡胶座界限压缩和界限拉伸应力的实用计算理论,同时提出了屈曲应力和界限剪切应变的评价方法。针对橡胶座的界限特性和屈曲特性理论,采用天然橡胶和铅芯橡胶座原型试件进行了试验研究,结果表明本文提出的界限压缩、界限拉伸、屈曲应力等计算理论和评价方法是偏于安全的。文末汇总了本研究涵盖的橡胶座压缩、拉伸、回转、剪切和界限等相关特性的研究成果,初步形成了建筑用橡胶座的基础理论体系。

新型多功能桥梁滑移-减隔震支座性能试验

针对传统桥梁减隔震支座性能单一,无法满足正常使用荷载及地震极端荷载等不同工况的现状,设计了一种新型多功能滑移-减隔震支座,通过理论分析与有限元模拟相结合的方式建立了该多功能支座的剪切性能曲线,并阐述了该曲线的力学特性及各个关键点的意义。在此基础上,进行了压缩性能、剪切性能及其相关性试验。结果表明:新型多功能滑移-减隔震支座能够达到预期目标,可同时满足桥梁在正常使用阶段的滑移和地震作用下的耗能要求;支座剪切性能曲线的有限元分析结果与试验结果吻合良好,有限元分析得到的剪切性能曲线可有效描述其力学行为;所得结论为后续桥梁减隔震设计及动力时程分析提供了参考。

自阻尼叠层橡胶隔震支座力学性能试验研究及刚度分析

对西安建筑科技大学研制的自阻尼橡胶隔震支座在竖向及压剪荷载作用下的力学性能进行了试验研究 ,并与普通橡胶隔震支座进行了对比分析 ,给出了隔震装置的水平及竖向刚度系数。试验研究表明 :自阻尼叠层橡胶隔震支座性能稳定 ,受力性能良好、价格合理、安装方便 ,是一种理想的基础隔震装置。

时效及环境因素对桥梁隔震支座力学特性的影响概述

隔震支座的力学特性随着使用时间的推移和周围环境的改变而不断变化,国外学者据此提出了考虑温度、老化、速率、累计行程、污染、扰动等因素的特性修正系数。根据美国AASHTO规范并结合国外的最新研究成果,简述了各修正系数的概念、取值及其理论和试验背景,旨在帮助国内工程师和研究人员对其有个概括性的了解,并为推动国内桥梁减、隔震技术的发展及相关规范的修订提供参考。

钢丝网复合橡胶减隔震支座试验及有限元模拟

针对现有板式橡胶支座力学性能的不足,通过采用高强细密钢丝网代替加劲钢板,设计一种适用于中小跨径桥梁的新型减隔震支座,并对该新型支座的竖向和水平向力学性能进行试验探究。试验结果表明:新型支座的各向力学性能良好,且可以通过倾覆滚动实现大剪切变形。最后,用ANSYS有限元程序模拟新型支座的竖向力学性能,得到与试验相符的结果。

三种减隔震装置对大跨度桥梁抗震性能的影响研究

结合具体工程案例对大跨度连续梁桥经常采用的钢阻尼减隔震支座、摩擦摆支座和速度锁定装置进行了地震反应计算,对比了三种减隔震装置对桥梁抗震性能的影响,结果表明:E1与E2地震作用下,设置速度锁定装置的桥梁各墩受力比较大;E2地震作用下钢阻尼减隔震支座和摩擦摆支座桥梁各墩受力较小,摩擦摆支座和钢阻尼减隔震支座减隔震效果较好;E2地震作用下设置速度锁定装置的桥梁墩顶位移较大;大跨度桥梁减隔震设计时,建议优先考虑摩擦摆和钢阻尼减隔震支座。

高承载力支座的隔震性能研究

针对桥梁隔震中最常用的铅芯隔震橡胶支座(LRB支座)和高阻尼隔震橡胶支座(HDR支座)的竖向承载力不足的问题,研发了高承载力隔震橡胶支座(GRB支座)。该支座采用新型高分子改性材料,竖向承载力相较于LRB和HDR支座有大幅提高。为研究该支座的力学性能,隔震效果以及适用场合,本文进行了支座基本力学试验,Midas实例建模与地震时程分析,以及隔震体系的能量输入与损耗情况分析。研究表明:GRB支座在具有较大的竖向承载力的同时,基本力学性能、压应力相关性满足相关规范要求。具有较好位移和内力控制能力,减隔震性能良好。理想的适用场合为中小跨、软土地基,该结论可为减隔震设计提供参考。

某连续梁拱组合桥铅芯橡胶支座减隔震研究

连续梁拱组合桥结构受力复杂,为了保证地震作用下该组合结构桥梁的安全,需要采取减隔震措施。以某大跨度连续梁拱组合桥为背景,进行桥梁动力特性分析,选取铅芯橡胶支座作为减隔震措施;采用控制变量法,对铅芯橡胶支座的铅芯直径、支座尺寸进行组合,研究铅芯橡胶支座的减隔震效果。结果表明:铅芯橡胶支座可延长桥梁的自振周期,减轻或规避共振危害;铅芯橡胶支座的铅芯直径与支座尺寸的合理设置可大幅减小结构的内力;铅芯橡胶支座型号设置不合理时,容易增大拱顶位移,在抗震设计中需要慎重考虑铅芯橡胶支座的型号,以达到最优减隔震效果。

抗拔型三重摩擦摆隔震支座数值模拟研究

考虑隔震技术在大跨空间结构中研究的现状,针对传统三重摩擦摆隔震支座不具备竖向抗拔能力的缺点,基于抗拔型三重摩擦摆隔震支座的专利设计,对抗拔型三重摩擦摆隔震支座进行构造设计。采用ABAQUS有限元分析软件,对抗拔型三重摩擦摆隔震支座进行实体单元建模,模拟低周反复荷载作用下,该支座的滞回特性与自回复特性。研究结果表明:(1)抗拔型三重摩擦摆隔震支座同样具有较宽的隔震范围和良好的自适应性,以及良好的耗能能力。(2)抗拔型三重摩擦摆隔震支座弹簧的设置并不会显著地影响支座的水平特性。(3)由于弹簧的设置,抗拔型三重摩擦摆隔震支座的残余位移较传统三重摩擦摆隔震支座有所减小。(4)随着竖向荷载的增大,刚度增大的同时,滞回环的面积有所增大,因此耗能也同样增大。(5)弹簧的初始张力对抗拔型三重摩擦摆隔震支座的滞回特性并没有很大的影响。