动态压剪试验机水平等效刚度测量技术的优化研究

本文针对动态压剪试验机在进行水平等效刚度测量时面临的问题进行研究,旨在提出优化的测量技术。文章首先回顾了动态压剪试验机的工作原理及其在现代工程中的应用,并分析了现有测量技术的不足。其次,深入讨论了水平等效刚度的定义及其测量方法,并对影响测量精度的因素进行了详细分析。在此基础上,提出了一套新的测量方案,并对该方案进行了系统的优化设计。文中进一步通过实验验证了所提技术的有效性,并探讨了其在不同情况下的适用性。结果表明,优化后的测量技术具有更高的准确性和操作的简便性,对提升动态压剪试验机的测试性能具有重要意义。

基于概率密度演化的铅芯橡胶支座水平等效刚度不确定性

铅芯橡胶支座水平等效刚度是影响水平隔震效果的主要指标,其材料特性及尺寸参数等在制作过程中存在变异性,因而引起支座水平等效刚度的不确定性。本文考虑铅芯橡胶支座四个尺寸参数和四个材性参数的变异性,引入变异系数,基于概率密度演化方法得到支座水平等效刚度的概率密度曲线(PDF),引入保证率,分析参数变异对支座水平等效刚度不确定性的影响。结果表明:尺寸参数中的单层橡胶厚、支座直径、铅芯直径,材性参数中的橡胶剪切模量、铅芯屈服强度,对PDF曲线离散性影响较大,相应的刚度结果保证率较小,不确定性较大。除钢板层厚度外,尺寸参数变异时PDF曲线的离散性均大于材性参数变异时情况,其引起的水平等效刚度不确定性普遍较大。本文研究单参数独立变异对水平等效刚度不确定性的影响,为后续多参数综合变异时的相关研究进行前期探索。

弹性半空间地基梁的水平动力等效刚度

基于弹性动力学的基本方程、考虑弹性梁和弹性半空间的动力相互作用,建立力学分析模型,并利用Fourier积分变换,得到弹性半空间地基梁的水平动力等效刚度的解析表达式.通过数值算例分析地基梁的水平动力等效刚度及其阻尼的变化情况.结果表明:地基梁的水平动力刚度和阻尼系数不为常数,而是与弹性梁中传播的相速度有关,当相速为Rayleigh波的速度时,水平动力等效刚度达到峰值,此时弹性梁的纵向振动向弹性半空间传递的能量最大.水平动力等效刚度与弹性地基梁的频率和波数密切相关,随着波数增大,水平动力等效刚度的实部和虚部均相应增大.

铅芯橡胶隔震支座水平刚度影响因素数值分析

通过有限元分析软件 ANSYS 对铅芯橡胶隔震支座力学性能分析,研究了铅芯橡胶隔震支座水平等效刚度(水平刚度)的主要影响因素。采用四分之一的铅芯橡胶支座模型进行模拟分析,大大缩短了有限元软件运行的时间,并获得较好的结果。在此基础上,总结了水平剪应变,以及在不同剪应变下竖向压应力、第二形状系数、橡胶剪切模量和铅芯直径对水平刚度的影响。分析结果表明,水平刚度随水平位移的增加而减小,随第二形状系数、橡胶剪切模量和铅芯直径的增加而增加;而竖向压应力则对水平刚度几乎无影响;并且当水平剪应变较小时,水平刚度受其影响因素的影响较大,即当隔震结构遭受小震时,隔震层的水平刚度受地震作用的影响较大。

非对称刚构-连续组合体系梁桥受力特性研究

为给非对称刚构-连续组合体系梁桥的设计与应用提供理论基础,以渝湘复线高速长头河特大桥主桥为背景,引入非对称比例系数研究不对称程度对非对称刚构-连续组合梁桥力学特性的影响,提出采用在连续墩处设置组合阻尼支承体系改善该体系梁桥连续墩处主梁在横向风荷载作用下受力不利的问题。保持该桥主跨跨径180 m不变,调整刚构侧和连续侧单侧主梁长度在主跨范围内的占比,采用MIDAS Civil软件建立10个不同非对称比例系数的刚构-连续组合体系梁桥有限元模型,分析不同模型在恒载、汽车荷载、温度荷载、收缩徐变等作用下的主梁内力和支座反力,以及组合阻尼支座不同水平等效刚度对主梁受力的影响。结果表明:非对称刚构-连续组合体系梁桥不对称程度对结构内力影响最大的荷载为收缩徐变;非对称比例系数m>0.2时需适当加大连续墩处主梁梁高、延长小边跨长度以减小非对称性的不利影响,m最大限值建议采用0.3;在连续墩处设置组合阻尼支承体系,利用阻尼位移使主梁协调变形,能有效降低横向风荷载引起的主梁弯矩和应力幅。

加载频率与幅值对橡胶隔震支座力学性能的影响试验研究

为了探究加载频率、幅值对橡胶隔震支座水平等效刚度、特征强度、屈服后刚度、等效阻尼比及耗能等力学性能的影响,在实验室常温(25℃左右)环境中对直径为700 mm的典型常用天然橡胶支座和铅芯橡胶支座(共4个)进行了一系列的压剪试验,其中,加载频率变化范围为0.3~0.67 Hz,加载幅值变化范围为25%~250%。考虑到试验中加载设备摩擦力与惯性力的影响,本文对实测水平力进行修正并绘制出隔震支座的真实滞回曲线。实验结果表明:支座内部温度随加载频率的增大,升温越为明显,其中在最大加载频率下,天然与铅芯支座在前三圈循环下的升温幅度分别为5.24%和29.98%;随着加载幅值从25%~250%不断增大,隔震支座水平等效刚度和屈服后刚度的最大下降幅度分别为67%和55%,特征强度的增长幅度范围为64%~188%,且天然与铅芯支座耗能约增加15~26倍;此外,铅芯支座的内部温度上升幅度和各项力学性能均明显高于天然支座,但随着加载进行,铅芯支座的特征强度出现了更为明显的刚度退化,且在前三圈循环加载中天然与铅芯支座的特征强度分别退化了3.34%和12.2%。

初始剪切变形对铅芯橡胶支座性能影响分析

为了研究初始剪切变形对铅芯橡胶支座力学性能与大剪切变形时内部应力的影响规律,首先基于厂家提供的支座规格参数得到铅芯橡胶支座有限元模型,验证试验数据与有限元计算结果模型的正确性;然后分析支座尺寸、形状系数、竖向压力等不同参数,对有初始剪切变形的铅芯橡胶支座100%水平性能、内部钢板橡胶最大应力比的影响,并进行大剪应变下支座内部应力分析。结果表明:与无初始剪切变形相比,铅芯橡胶支座的100%水平刚度随着压应力、初始剪切变形、支座形状系数的变化最大为5%,影响程度较小;有初始剪切变形对橡胶隔震支座100%剪应变条件下的橡胶和钢板应力有一定的影响,但基本未达到橡胶材料的拉伸强度和钢板的屈服强度,支座处于安全状态;有初始剪切变形对橡胶隔震支座250%以上剪应变条件下的橡胶和钢板应力有很大的影响,不同剪应变条件下的橡胶或钢板应力均可能达到拉伸强度或钢板的屈服强度,支座有极大的损伤风险;通过分析,建议支座实际剪应变为400%、350%、300%、250%、200%及100%时,其初始变形分别不能超过0、20%、70%、120%、170%及270%。

共聚醚二醇对叠层聚氨酯支座耐低温性能的影响

通过引入3-甲基-四氢呋喃/四氢呋喃共聚醚二醇(3MCPG)来提高可浇筑式叠层聚氨酯支座(CLPB)的耐低温性能,从微观层面研究3MCPG质量分数(0%、6%、9%、12%、15%、25%)对聚氨酯弹性体(PUE)的影响机理,对改性后的PUE及CLPB分别在23、0、-10、-20℃下进行一系列力学试验.结果表明:3MCPG的引入降低了PUE软硬段的微相分离程度和玻璃化转变温度;相对于23℃,PUE-0%和PUE-25%的抗拉强度在-20℃分别增加了50.8%、20.1%,CLPB-15%和CLPB-25%的竖向刚度较CLPB-0%分别下降了2.5%、4.4%,CLPB-0%和CLPB-25%的水平刚度在-20℃分别增加了106.0%、44.2%.

桥梁高阻尼隔震橡胶支座性能试验研究

高阻尼隔震橡胶支座是一种具有耗能性能的新型隔震支座,已经开始应用于桥梁减隔震控制中。为了研究这种新型隔震支座的滞回性能,选取用于某高速公路桥梁的高阻尼隔震支座进行竖向压缩和水平剪切加载试验研究,研究其竖向压应力、水平极限剪切应变、加载频率及加载次数对滞回性能的影响。研究结果表明:高阻尼隔震橡胶支座的滞回曲线较为饱满,耗能效果较好,且多次循环加载后其耗能能力未出现降低的趋势;加载频率对于支座的等效刚度和等效阻尼有一定的影响。

纤维增强工程塑料板橡胶隔震支座力学性能理论研究

针对适用于村镇地区的纤维增强工程塑料板橡胶隔震支座,提出基本力学性能的解析公式。基于隔震支座橡胶应力的静水压力假定,同时考虑了橡胶可压缩性及加劲层泊松比的影响,建立隔震支座单层分析单元在轴压及纯弯曲状态下的平衡方程,求得静水压力的解析解,进而通过积分求得单层分析单元的压缩模量及弯曲模量的解析解,并进行了参数分析。进一步推导出支座水平等效刚度的解析公式。基于abaqus软件建立一组支座单层分析单元的有限元模型,进行轴压和纯弯曲分析。将有限元结果与文献中两种解析公式以及本文中解析公式进行了对比。结果表明,推导的解析公式具有较高的精度,且较其他解析解具有明显的优势,为在村镇地区推广此类隔震支座提供理论分析基础。

聚氨酯阻尼材料及其约束阻尼结构动态性能

分别采用聚己二酸新戊二醇酯–2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)–3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯甲烷(MOCA),聚己二酸新戊二醇酯–异弗尔酮二异氰酸酯(IPDI)–MOCA,聚丁二酸1115酯酯–TDI–MOCA体系合成3种聚氨酯阻尼材料——PU–1,PU–2,PU–3,并制备了3种四片型约束阻尼结构,进行动态性能试验,考察了加载频率、激励振幅、试验温度对约束阻尼结构的水平等效刚度、等效阻尼比的影响。结果表明,3种聚氨酯阻尼材料的损耗因子(tanδ)峰值均在0.8以上,其中PU–3的最高,为1.04,tanδ>0.3的有效阻尼温域都在60℃以上;随激励振幅和试验温度的上升,3种聚氨酯约束阻尼结构的水平等效刚度均下降,随加载频率的增加,PU–2体系的水平等效刚度升高,而其它两种体系均下降;随激励振幅的上升,PU–2体系的等效阻尼比基本不变,而其它两种体系均先升高后下降,在试验温度范围内3种约束阻尼结构的等效阻尼比均在0.20以上。综合分析,以聚丁二酸1115酯酯–TDI–MOCA合成的聚氨酯阻尼材料及其约束阻尼结构综合性能最优。

高阻尼隔震橡胶支座力学性能试验研究

高阻尼隔震橡胶支座是一种具有良好耗能能力的新型隔震支座。针对高阻尼隔震橡胶支座进行了竖向压缩性能试验、水平剪切性能试验、水平剪切相关性试验和极限剪切性能试验,并将试验结果与按规范计算结果进行了对比分析,考察了支座截面形状对滞回性能的影响。结果表明:高阻尼隔震橡胶支座的滞回曲线饱满,剪应变和压应力的变化对支座水平等效刚度和等效阻尼比的影响较大,加载次数对支座隔震性能影响较小。

热老化条件下公路桥梁板式氯丁橡胶支座抗剪试验

利用高温试验箱模拟热老化过程,对氯丁橡胶支座进行20,40,60和80 d的热老化处理,进行抗剪试验.通过对比分析,研究热老化对氯丁橡胶支座的抗剪承载力、极限抗剪强度、水平等效刚度以及抗剪弹性模量的影响.结果表明:氯丁橡胶支座在热老化处理后,比标准试件更易发生脆性破坏,且钢板外露、层状破坏、裂缝等剪切破坏现象更为严重.随着热老化程度加深,氯丁橡胶支座抗剪承载力、极限抗剪强度、水平等效刚度和抗剪弹性模量逐渐降低.采用最小二乘法对50年的抗剪强度和抗压弹性模量进行了分析,由其衰减曲线和衰减函数可知,衰减变化趋势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。

高阻尼橡胶复合材料在桥梁隔震支座中的应用

选用天然橡胶(NR)、丁腈橡胶(NBR)、氯化丁基橡胶(CIIR)和丁基橡胶为基体,制备4种高性能橡胶复合材料,并用于高阻尼桥梁隔震支座样品制备。结果表明:NBR/AO80和NR/NBR/AO80复合材料的硬度、拉伸强度和拉断伸长率满足桥梁支座用橡胶材料的要求;NBR/AO80,NR/NBR/AO80和CIIR/石油树脂复合材料在与支座的工作环境温度相匹配的温域内表现出良好的阻尼性能;应用NR/NBR/AO80复合材料制备的橡胶支座样品,其竖向刚度、水平等效刚度和等效阻尼比符合桥梁支座用橡胶材料国家标准要求。

石油树脂/氯化丁基橡胶复合材料的性能及其在桥梁支座中的应用

对石油树脂(PR)/氯化丁基橡胶(CIIR)复合材料的性能进行研究,并将其用于高阻尼桥梁支座的制作。结果表明:相比于未加PR的CIIR硫化胶,PR/CIIR复合材料的损耗峰向高温方向移动,有效阻尼温域得到拓宽;随着PR用量的增大,PR/CIIR复合材料的拉伸强度和压缩模量逐渐减小,拉断伸长率和压缩永久变形不断增大;当PR用量为10份时,复合材料的压缩模量最大,压缩永久变形较小,阻尼温域得到拓宽,且拉伸强度和拉断伸长率均满足交通部标准要求,用其制作的高阻尼桥梁支座的竖向刚度和水平等效刚度也达到标准要求。

立式储罐环梁滚动隔震装置力学性能分析

为减少大型储罐隔震基础的投资造价,并能够实现减少地震响应,设计了一种环梁滚动隔震支撑与砂垫层组合的隔震基础。采用有限元数值分析的方法重点研究滚球直径不同下,组合隔震基础在低周反复荷载作用下的力学性能。分析结果表明,组合隔震基础具有良好的滞回耗能效应。组合隔震基础的等效水平刚度和等效阻尼比与加载频率和竖向压应力有关,设计时应该综合考虑地震动效应、竖向荷载效应等因素。并结合所分析的结果给出了满足设计需求的等效刚度与阻尼比的设计表达式。

低矮砌体结构橡胶隔震支座力学性能试验研究

为了研究适用于村镇低矮砌体房屋的隔震支座,对五种小直径铅芯叠层橡胶隔震支座进行水平刚度试验,研究隔震支座水平剪应变、第二形状系数对其等效水平刚度、屈服后刚度、滞回性能等力学性能的影响,给出不同剪应变下等效水平刚度、屈服后刚度随第二形状系数变化的拟合公式.分析隔震支座水平刚度与结构模型减震系数、水平位移的关系,给出了相关性曲线的拟合公式.确定了村镇建筑隔震参数并以此选取了适用于振动台模型的隔震支座,为隔震支座的设计提供了参考依据.模拟振动台试验结果表明,所选小直径铅芯叠层橡胶隔震支座能够使村镇低矮砌体结构达到理想的减震效果.

复杂体型高层建筑结构稳定性验算

高烈度区结构刚度一般由水平荷载控制,而在低烈度区则往往由整体稳定决定。结构侧向刚度和重力荷载是影响结构整体稳定和P-Δ效应的主要因素,《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)采用刚重比作为控制指标。基于结构楼层荷载沿竖向均匀分布,规范给出了刚重比的限值指标。对于体型复杂的高层建筑,不同建筑之间质量沿高度分布差异很大,采用同样的控制参数,结构实际稳定性无法保证。根据实际体型和水平荷载分布情况,引入楼层竖向荷载分布系数β,通过控制结构在风荷载和地震作用下的P-Δ效应,计算了结构合理刚重比,对规范指标进行了修正;同时根据实际荷载分布提出了任意水平荷载分布下的等效侧向刚度的计算公式。

橡胶支座性能对比试验及工程应用

为了对比高阻尼橡胶支座和天然橡胶支座力学性能的异同,采用反复加载试验方法进行相关性试验。结果表明:随着剪应变的增加,水平等效刚度及等效阻尼比均呈反比例变化趋势;随着压应力的增加,高阻尼橡胶支座水平等效刚度和等效阻尼比呈正比例变化趋势,天然橡胶支座水平等效刚度则变化不明显;随着温度的升高,等效阻尼比和水平等效刚度均呈现减小趋势;随着加载次数增加,水平等效刚度和等效阻尼比呈减小趋势。通过工程应用案例分析,验证了隔震橡胶支座变形后的复位性能。