高阻尼橡胶支座隔震结构动力响应分析

近几年研究发现,铅芯橡胶支座有着在低周期荷载下易疲劳破坏、在大变形阶段不易复位和污染环境等问题。因此,文中提出选用高阻尼橡胶支座替代铅芯橡胶支座应用于隔震结构,采用结构设计软件盈建科(YJK)对某教学楼分别选用铅芯橡胶支座与天然橡胶支座混合布置和高阻尼橡胶支座与天然橡胶支座混合布置两种不同的隔震方案进行隔震设计。结果表明与非隔震结构相比,两种隔震方案都大幅度减小了隔震结构的地震响应,有效地提高了结构的抗震性能。高阻尼橡胶支座可作为铅芯橡胶支座的替代品,用于建筑隔震。

桥梁高阻尼橡胶支座力学性能试验研究

目前高阻尼橡胶支座在国内桥梁工程建设中使用尚处于起步阶段。本文对高阻尼橡胶支座的力学性能进行了系统的试验研究,研究了该支座的竖向刚度、水平刚度、阻尼比及水平剪切大变形等。该支座的推广应用,将使桥梁结构在地震(中震、大震)时降低地震作用力,对整体结构能进行限位,有效地控制桥梁结构的地震反应,达到桥梁结构隔震减震的目的,弥补我国桥梁结构中现在所用支座之不足,同时可降低成本,节省使用空间,便于施工。

梁桥高阻尼橡胶支座的减隔震效果与优化配置研究

高阻尼橡胶支座(HDR支座)以其无污染、高阻尼比的优点在桥梁结构抗震设计中应用越来越广,其在地震履历中表现出了优良的减隔震性能。为了得到HDR支座在梁式桥中的优化配置方案,以连续梁桥为实例,结合超越概率水平为63%、10%、2%的地震波对结构进行动力时程分析,对板式橡胶支座及不同组合高阻尼橡胶支座的隔震效果进行研究。分析结果表明,高阻尼橡胶支座比板式橡胶支座的隔震效果更好;过渡墩处采用滑动支座会削弱过渡墩的地震分担比,而滑动支座的位移量远超过连续墩处,使得全桥各墩的荷载分配不均。全桥均采用HDR支座时过渡墩及连续墩的荷载分担比相对合理,且高阻尼橡胶支座能够在地震中发挥较好的减震耗能作用。

公路梁桥高阻尼橡胶支座优化配置研究

减隔震设计是较为有效的抗震措施,高阻尼橡胶支座(HDR)亦因其较好的减隔震效果在公路梁桥中广泛应用。采用非线性时程分析法对软弱场地中配置不同减隔震支座的梁式桥进行地震响应分析,研究发现高阻尼橡胶支座的减隔震效果优于相同支承能力的板式橡胶支座。然而,无论是滑动式板式支座还是滑动式高阻尼橡胶支座均会导致相应桥墩处的支座位移过大,且各项地震响应与其他各墩差异较大,荷载在各墩间分配不均。通过改变边墩处高阻尼橡胶支座的刚度及类型,分析对比了支座的各项参数对桥梁结构地震响应的影响规律。研究发现全桥采用刚度相近的高阻尼橡胶支座时能够达到全桥各墩抗震性能的均衡、减小地震作用对桥梁结构及支座的破坏。

高阻尼橡胶支座隔震桥梁简化力学模型动力分析

高阻尼橡胶支座作为隔震支座具备承载能力、恢复力和阻尼(吸收能量)三位一体的功能。以某一采用高阻尼橡胶支座进行隔震的规则连续梁桥为例,进行简化力学模型动力学分析。利用Opensees软件建立双质点简化力学模型,并与SAP2000有限元分析模型进行对比,研究简化力学模型的可行性与计算精度。结果表明:简化力学模型可以较为精确地计算出隔震桥梁的响应幅值;在相同地震波作用下,简化力学分析模型的分析结果基本能够满足工程精度要求并与有限元分析模型结果较为接近。

高阻尼橡胶支座的本构模型研究综述

从弹塑性和超弹性两方面进行了高阻尼橡胶本构理论的推导,综述并对比分析了普通橡胶材料分别基于热力学统计和唯象学建立的常用超弹性本构模型,并以普通橡胶材料本构模型为基础,考虑高阻尼橡胶在大变形下的强化、应变历史相关性以及速度相关性,总结了目前较能精确模拟高阻尼橡胶支座受力特性的几种本构模型,以期为高阻尼橡胶支座的力学性能研究提供理论参考和依据。

高阻尼橡胶支座剪切性能压力相关性试验研究

研究目的:在实际地震中由于水平倾覆力矩和竖向地震作用的影响,基础隔震结构中橡胶支座承受的竖向压力将会产生较大变化,而橡胶支座竖向压力的变化将会对支座的剪切性能产生一定影响,因而有必要对支座剪切性能的压力相关性进行研究。本文采用低周反复循环加载试验方法对高阻尼橡胶支座进行压剪试验,研究压应力和剪应变对支座剪切性能的影响,从而建立高阻尼橡胶支座剪切性能的压力相关性经验公式。研究结论:(1)随着压应力和剪应变的增大,支座的滞回曲线越来越饱满,支座的耗能能力增大,并出现了明显的刚度硬化现象;(2)支座的屈服力和等效阻尼比随着压应力的增大而增大,随着剪应变的增大,压应力对屈服力的影响逐渐增大,压应力对等效阻尼比的影响有所减小;(3)支座的屈服后刚度随着压应力的增大而减小,随着剪应变的增大,压应力对屈服后刚度的影响逐渐减小;(4)当剪应变较大时,水平等效刚度随着压应力的增大而增大;(5)根据试验结果给出了支座剪切性能的压力相关性经验公式,可供高阻尼橡胶支座基础隔震结构设计人员参考和使用。

高阻尼橡胶支座压缩-水平双向剪切作用下力学性能试验研究

隔震橡胶支座在地震中处于竖向受压、水平双向受剪的状态。为了研究高阻尼橡胶支座在三向受力状态下的力学性能,进行了高阻尼橡胶支座的压缩-水平单向剪切和压缩-水平双向剪切力学性能试验,分析了水平双向剪切作用对高阻尼橡胶支座力学性能的影响。研究表明,高阻尼橡胶支座在双向剪切作用下的滞回曲线、耗能、屈服力、屈服后刚度、水平等效刚度和等效阻尼比与单向剪切作用下的力学性能有一定的差异,但二者整体相差不大;压缩-双向剪切作用下高阻尼橡胶支座力学性能的计算可以采用支座在压缩-单向剪切作用下力学性能的计算公式。

高阻尼橡胶支座阻尼特性研究

研制了直径600mm的高阻尼橡胶支座,研究了不同剪切应变下橡胶支座的等效水平刚度和等效阻尼比;制备了两片剪切型橡胶试件,探讨了以此模拟橡胶支座等效阻尼比的可能性。结果表明,试样和制品等效水平刚度均随剪切应变的增加而减小,两片剪切型橡胶试件测定的等效阻尼比与产品测得的等效阻尼比相近且都在0.2以上,在研究初期可用两片剪切法模拟测试橡胶支座的等效阻尼比。

基于高阻尼橡胶支座双折线与速度相关模型的结构响应对比

高阻尼橡胶支座具有很强的速度相关性,但传统规范采用的是未虑速度相关性的双折线模型。为了研究支座速度相关性对结构的影响,本文选择了考虑速度相关性的改进超弹性Zener模型和传统双折线模型进行对比分析。本研究选择了一栋7层混凝土框架结构,在近断层地震波和远场波作用下,用ANSYS分别计算了采用双折线模型和超弹性Zener模型后结构的地震响应,分析了采用两种模型后结构的楼层剪力、楼层位移,对比了支座滞回曲线。结果表明,和双折线模型相比,超弹性Zener模型滞回耗能更多,采用超弹性Zener模型的结构有更低的楼层剪力,更大的楼层位移,Zener模型能更真实地反映结构响应。

扭转作用下高阻尼橡胶支座力学性能试验研究

在隔震建筑向高烈度区、大体量、高层、复杂体型发展的趋势下,隔震支座会出现拉力、压力、弯矩、剪力、扭矩同时发生的复杂受力情况,困扰工程安全及技术推广。针对以上问题,设计了一套扭转加载试验方案,主要对典型尺寸的原型高阻尼橡胶支座(HDRB600)进行了扭转作用下的静力试验研究,得到了试件的力学性能;同时,采用三维散斑测量分析系统对试件的表面应变进行非接触测量。结果表明:竖向力对支座水平剪切性能、扭转性能影响较为明显;绕Z轴扭转滞回曲线呈方形,饱满有规律,加载至扭转角度8.4°未见明显的承载力下降和破坏现象;绕X轴扭转滞回曲线呈平行四边形,较为饱满,规律性强;绕X轴和绕Z轴扭转均会影响支座的水平性能,导致支座水平性能降低。三维散斑测量结果表明:表面橡胶应变云图分布不均匀,呈现出中部大,上下端部小的特点,间接判断其内部橡胶层的受力情况与传统理论有所不同。

高阻尼橡胶支座力学性能研究综述

高阻尼橡胶支座因其独有的阻尼特性和环保优势受到日益广泛的关注和研究,国外研究机构关于高阻尼橡胶支座已有较为完善的研究成果。为推动高阻尼橡胶支座在我国的研究和应用,亟需系统梳理和思考现有研究成果。首先梳理了国内外高阻尼橡胶支座基本力学性能的研究脉络和情况,而后重点对高阻尼橡胶支座力学模型的相关研究进行了总结,讨论了现有速度无关性模型和速度相关型模型的优势与不足;总结了竖向压力相关性、剪切应变相关性和温度相关性对高阻尼橡胶支座力学性能的影响。最后简述了高阻尼橡胶支座稳定性的研究现状。给出了高阻尼橡胶支座在复杂受力性能、极限荷载作用稳定、反复荷载作用疲劳等方向的相关研究建议。

高阻尼橡胶支座在曲线钢箱梁桥中的适用性研究

以一座城市立交匝道桥为工程背景，利用MIDAS／CIVIL建立该曲线钢箱梁桥的三维有限元模型，考虑不同的地震波输入方向，分析高阻尼隔震橡胶支座的减震效果，并探讨支座参数变化对曲线钢箱梁桥地震效应的影响。计算结果表明，地震荷载作用下，采用参数合理的高阻尼橡胶支座能减小曲线钢箱梁墩底剪力达27％～69％。支座屈服力、屈服前后刚度比值和初始水平刚度增大时，支座水平方向位移的有变小的趋势，但并不显著。支座参数的改变可以显著调节所在桥墩内力，对其余桥墩内力的影响较小，在设计过程中应根据受力要求合理调整各墩支座参数。

基于高阻尼橡胶支座的连续梁桥抗震性能对比研究

为了研究高阻尼橡胶支座的抗震性能,以某高架桥为研究对象,利用非线性时程分析方法,对采用不同支座桥梁的抗震性能进行了对比分析。结果表明,在E2地震作用下,高阻尼橡胶支座的整体抗震效果要明显优于板式橡胶支座;在地震高烈度区,要综合考虑支座的变形及抗滑性,不宜采用板式橡胶支座。该研究结果对地震高烈度区桥梁支座的选择具有一定的指导意义。

高阻尼橡胶支座在连续梁桥中的抗震性能研究

为研究高阻尼橡胶(HDR)支座在桥梁结构中的抗震性能,基于某拟建高架桥为研究对象,采用非线性时程法,分别从结构基本周期、墩底内力、墩顶位移及支座位移等方面对比分析了普通盆式支座和高阻尼橡胶支座的连续桥梁地震响应。结果表明,在E2地震作用下,HDR支座可以起到较好的隔震效果,该结果对地震高烈度区桥梁支座的选择提供参考。

尼龙板-高阻尼厚层橡胶支座力学性能试验研究

隔振支座用于工业厂房楼层内的机械隔振,但传统的叠层橡胶支座存在重量大、造价高的缺点。采用尼龙板替代传统橡胶支座中的钢板,高阻尼厚层橡胶替代传统橡胶层,形成一种简易机械隔振支座,其具有质量轻、造价低的优点。进行了尼龙板材料性能试验和隔振支座的水平剪切、竖向压缩和极限压缩等力学性能试验,分析了压应力、剪应变、加载频率、橡胶剪切模量对支座力学性能的影响。结果表明:尼龙板-高阻尼厚层橡胶支座力学性能稳定,尼龙板可以替代传统叠层橡胶隔振支座中的钢板;支座的水平剪切性能具有较强的剪应变相关性和压应力相关性,而加载频率对其影响则较小;增大橡胶的剪切模量可以显著提升支座的水平剪切性能和竖向压缩性能,但也会进一步削弱水平剪切性能的剪应变相关性和压应力相关性。

高阻尼橡胶支座竖向刚度试验研究

对高阻尼橡胶支座的竖向刚度进行了试验研究,分析了支座竖向压应力和剪切应变对支座竖向刚度的影响。结果表明,高阻尼橡胶支座具有稳定的竖向承载能力和变形性能;在纯压状态下,支座的竖向刚度随着竖向压应力的增大近似呈线性增大;在偏压状态下,随着支座剪切应变的增大,在相同竖向压应力作用下支座的竖向刚度近似呈线性减小,并且在不同竖向压应力作用下,支座竖向刚度的减小幅度基本一致。

基于高阻尼橡胶支座的混凝土连续梁桥减隔震性能

将一种新型的高阻尼橡胶减隔震支座应用在连续梁桥上,以桥墩及桩基抗弯能力和支座位移等性能指标为研究对象,基于数值模型,着重分析非规则混凝土连续梁桥纵桥向的减隔震性能。为使全桥结构的地震需求规则化、均匀化,根据数值分析结果,优化了非规则连续梁桥的减隔震支座设计参数和布置方案,采用连梁装置和纵向限位挡块解决隔震产生的大位移,并对桩基础的设计方案进行了探讨。连续梁桥的减隔震设计兼顾了抗震性能和经济性的总体需求。计算模型考虑了场地土体刚度、支座非线性以及限位挡块的碰撞等,分析结果表明高阻尼橡胶支座具有较好的减隔震性能。

高阻尼隔震支座复合橡胶材料制备及性能研究

基于丁腈橡胶(NBR)与溴化丁基橡胶(BIIR)两种基体橡胶共混,制备了可用于建筑高阻尼隔震支座的NBR/BIIR复合橡胶材料。采用流变仪、万能试验机及动态机械分析仪等测试手段分析了橡胶材料的硫化特性、力学性能及阻尼性能。结果表明:采用低硫高促硫化体系的复合橡胶材料具有较好的硫化平坦性。由于热力学不相容性和两相硫化速度的差异,导致两相的交联密度不同及界面结合力弱,降低了复合材料的力学性能。随着BIIR含量的增加,tanδ-T曲线出现两个峰值且分别向更低温和更高温方向外延,大大扩宽了复合材料的有效温域,当共混物NBR/BIIR的比例为30/70时,有效温域达85.60℃。采用热空气老化实验方法进一步研究表明,复合材料力学性能和阻尼性能下降不明显,具有良好的抗老化稳定性。所制备的复合材料具有良好的综合力学性能,研究结果可为制备建筑高阻尼隔震支座复合橡胶材料提供参考。

基于高阻尼橡胶支座及墩柱劣化的近海隔震桥梁地震响应分析

为研究高阻尼橡胶支座及墩柱材料性能退化对近海隔震桥梁在服役期内抗震性能的影响规律,给近海隔震桥梁的全寿命性能评估提供理论依据,首先,对高阻尼橡胶支座进行海水干湿循环作用下的性能劣化试验,得到相应的力学性能劣化时变模型,给出全寿命周期内高阻尼橡胶支座力学性能时变参数,并基于钢筋力学性能和混凝土材料退化模型,计算全寿命周期内钢筋和混凝土的时变参数,分析纵筋单独劣化、箍筋单独劣化及二者共同劣化3种工况条件下,桥墩截面的抗弯承载力及延性在全寿命周期内的时变规律。随后,采用SAP2000软件建立近海隔震桥梁非线性有限元模型,设计支座单独劣化、墩柱单独劣化、支座和墩柱共同劣化3种工况,分析对比不同工况下桥梁的地震响应时变规律。结果表明:箍筋劣化导致桥墩截面的延性显著降低,但对截面抗弯承载能力影响不大,纵筋劣化则相反,二者共同劣化使得桥墩截面的抗弯能力和延性均大幅下降;墩柱单独劣化和支座单独劣化对桥墩反应和支座滞回曲线均有影响,但相比于支座性能和墩柱材料单独劣化,二者共同作用时影响最大;随着服役时间的增加,墩顶位移和墩底弯矩-转角滞回面积逐渐增大,而墩底弯矩和支座滞回面积均变小;隔震桥梁的抗震性能受极罕遇地震的影响较大,极罕遇地震作用下,桥墩及支座的地震响应均显著增大。