尼龙织物夹层橡胶支座竖向力学性能研究

为了提高村镇建筑的减隔震水平,设计制作了一种低成本、低刚度、高阻尼比的尼龙织物夹层橡胶支座,对其原材料进行了力学性能试验,并对这种新型支座开展了竖向循环压缩试验。试验结果表明,橡胶的断裂伸长率在600%左右,在橡胶中加入尼龙织物可大幅增加橡胶的初始拉伸刚度;尼龙织物夹层橡胶支座的竖向刚度相对于叠层钢板橡胶支座明显较小,其竖向刚度与压应力呈正相关,等效阻尼比与压应力呈负相关,且等效阻尼比均在6%以上,具有较强的耗能能力;竖向刚度与支座中尼龙织物层数和橡胶层总厚度均呈负相关,但两者对等效阻尼比的影响不大,且采用尼龙织物1680D的支座具有更出色的力学性能。最后,在传统橡胶支座刚度计算公式中引入修正系数对其进行了修正,并基于试验结果验证了预测值的准确性。

隔震支座布置对地铁上盖多塔楼隔震结构的抗震性能影响分析

隔震支座的布置方式影响整隔震层的刚度,从而影响隔震效果。基于铅芯橡胶支座刚度占比和偏心率,确定了隔震支座的布置方式,研究了不同隔震支座布置方式对地铁上盖多塔楼隔震结构地震响应的影响。研究了隔震结构的减震系数、楼层加速度、层间位移角、楼层位移和楼层剪力的变化规律。研究结果表明,铅芯橡胶支座刚度占比在一定范围内变化,对于隔震层及盖上结构,减震系数增大,楼层加速度、楼层位移、层间位移角和楼层剪力减小;对于盖下结构,减震系数和楼层剪力增大,楼层加速度和层间位移角减小,楼层位移几乎不变;偏心率在一定范围内变化,对于隔震层及盖上结构,减震系数和楼层加速度增大,楼层位移、层间位移角和楼层剪力减小;对于盖下结构,减震系数增大,层间位移角和楼层剪力减小;楼层加速度和楼层位移几乎没有变化。

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%。

尼龙织物增强橡胶支座力学性能试验研究

为了探讨影响尼龙织物增强板式橡胶支座力学性能的主要因素,设计加工了三种橡胶总厚度相同、尼龙织物加强层层数不同的板式橡胶支座,对其进行了竖向压缩试验与水平剪切试验。试验结果表明:该类支座力学性能稳定,在10MPa压应力下未出现肉眼可见的损伤。各支座随设计压应力从5MPa增加至10MPa,竖向压缩刚度上升近80%,随尼龙织物加强层层数增加小幅降低;竖向等效阻尼比随设计压应力增大而减小约17%,受尼龙织物加强层层数影响不大。5MPa压应力作用下,支座剪切滞回曲线平滑且饱满,最大剪应变达到300%时支座工作性能仍保持良好。随着剪应变增加,支座先后出现卷曲、翻滚等变形形态,支座水平剪切刚度也因此表现出先减小后增大的趋势。因为尼龙织物受剪变形,尼龙织物层数越多支座的水平剪切刚度减小。各支座的水平等效阻尼比均在9%~13%之间,织物层数对其略有影响。

隔震结构高宽比及支座竖向力分析

采用基于一阶振型的简化设计方法,推导出竖向地震、水平地震、重力荷载下支座竖向力计算公式,得出边支座拉应力和压应力的控制荷载组合,并讨论了支座竖向力、结构周期、场地类别、设防烈度、支座布置对隔震结构高宽比限值的影响。结果表明:(1)减少宽度方向的支座排数,可以降低罕遇地震下隔震结构支座拉应力;(2)重力荷载下支座压应力小于某界限点压应力时,高宽比限值由罕遇地震下拉应力控制;大于界限点压应力时,高宽比限值由罕遇地震下压应力控制,该界限点与特征周期以及上部结构特性相关;(3)隔震结构周期变长,高宽比限值会相应提高,合理选择隔震层刚度,可以将隔震技术用于高宽比较大的建筑。

铅芯夹层橡胶隔震垫基本力学性能研究

本文详细地研究了中国铅芯夹层橡胶隔震垫的基本力学性能，主要包括隔震垫的竖向、水平特性及极限承载能力。在竖向性能方面研究了隔震垫的竖向刚度及变形特性；水平性能的研究包括水平有效刚度和阻尼特性；极限承载能力的研究包括隔震垫的压缩破坏、拉伸破坏及水平剪切破坏性能。试验研究结果与中国夹层橡胶垫隔震技术规程（草案）［１］（１９９８年）及日本隔震构造协会［２］［３］颁布的标准（１９９６）年进行比较，结果表明：中国生产的铅芯夹层橡胶隔震垫的基本力学性能完全符合中国和日本隔震协会所颁布的标准。

中国铅芯夹层橡胶隔震支座各种相关性能及长期性能研究

本文详细地研究了各种相关因素对中国铅芯橡胶隔震支座力学性能的影响，同时还研究了中国铅芯夹层橡胶隔震支座的长期性能．研究包括竖向压力、频率、剪切变形循环次数、温度对隔震支座刚度及阻尼等力学性能的影响；隔震支座的耐久性能诸如老化及徐变对隔震器刚度、阻尼特性及极限变形能力的影响．研究还包括水平剪切（２００次）及竖向低周疲劳（１０万次）试验对隔震器力学性能的影响．

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。

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。

极低温度下LRB力学性能及对高层结构地震响应的影响

研究极低气温(-40℃)下温度变化对隔震结构中铅芯橡胶支座力学性能的影响及其力学性能变化特征,及﹣40℃至40℃区间支座的温度相关性。选用直径为600 mm的原型铅芯橡胶支座,采用电液伺服加载系统完成剪切应变为100%情况不同恒定温度下的低周反复加载试验。发现支座在极低温度下的力学性能与常温下的力学性能差异显著。提出铅芯橡胶支座屈服后刚度与屈服荷载的温度修正方程,及隔震结构设计中铅芯橡胶支座基于温度的力学参数取值建议。给出考虑温度影响的隔震结构地震反应影响算例,分析结果表明温度对强震下隔震结构的隔震层位移、上部结构层间剪力以及上部结构顶层的加速度响应影响显著。

铅芯橡胶隔震支座水平双向试验研究

非规则结构隔震层在平扭耦联地震中会产生平动与转动.隔震支座则处于水平双向受剪状态.文章设计了一种加力装置使直径100 mm的单个铅芯橡胶隔震支座产生两个水平方向的变形,相应隔震层则产生平动和转动.通过两种布置工况对隔震支座进行两种水平加载比例的双向低周疲劳试验,得到了橡胶支座水平Y向滞回曲线以及扭矩与隔震层转角的关系.试验结果表明:铅芯橡胶隔震支座的水平Y向剪切刚度、扭转刚度和Y向剪切阻尼比、扭转阻尼比均小于铅芯橡胶隔震支座单向剪压试验结果,其设计的加力装置可以使橡胶支座处于双向受力状态.

铅芯橡胶支座微分型恢复力模型屈服前刚度的研究

简要介绍了铅芯隔震橡胶支座微分型恢复力模型的发展过程及其在隔震设计中的应用.基于两个不同规格支座的压剪试验,比较了不同屈服前刚度的微分型恢复力模型与实测结果差异,对隔震设计中铅芯隔震橡胶支座屈服前刚度的合理取值提出建议.

隔震支座拉伸刚度及高层隔震建筑地震响应研究

本文对两个直径为600 mm的铅芯橡胶支座(剪切弹性模量G=0.392 MPa)进行了压剪及拉剪试验,测得了不同剪应变时拉伸刚度与拉伸屈服应力。在支座性能试验的基础上,建立了高宽比为4.5的高层建筑模型,通过改变拉伸刚度与压缩刚度比值,并采用与实测拉伸应力-应变曲线等效的双线性拉伸刚度模型,探讨了支座受拉后对高层隔震结构地震响应的影响。通过以上对比和计算,对高层建筑隔震设计支座拉伸刚度的设置提出了合理建议。

实时往复大变形下铅芯橡胶隔震支座力学性能试验研究

针对铅芯橡胶隔震支座在大变形多次实时往复荷载下力学性能退化问题,采用足尺铅芯橡胶隔震支座,通过高速压剪试验设备,对铅芯橡胶隔震支座进行了基本竖向力学性能试验、基本水平力学性能试验、多次不同大变形下实时加载水平力学性能试验,试验结果显示:铅芯橡胶隔震支座在实时往复多次大变形下,随着加载圈数的增加,隔震支座屈服力急剧下降,支座耗能能力降低,到试验结束时屈服力平均下降46.1%,加载圈数对屈服后刚度影响相对较小;实时往复大变形下测得的铅芯橡胶隔震支座屈服力在第2圈以后均小于采用国家标准试验方法得到的屈服力,试验结束时屈服力小于国家标准测到屈服力的43.8%,国家标准试验方法测得的屈服力与实际地震下铅芯橡胶隔震支座的屈服力相比偏小;铅芯橡胶隔震支座实时多次往复变形对其竖向刚度基本没有影响;铅芯橡胶隔震支座在实时往复大变形试验时其力学性能退化,静置一段时间后,其性能基本又恢复到实时往复大变形试验前的状态。

厚层铅芯橡胶支座力学性能

设计了3种不同单层橡胶厚度的厚层铅芯橡胶支座并进行力学性能试验,研究其竖向压缩刚度、水平等效刚度、屈服后刚度、屈服力、等效阻尼比等基本力学性能,分析其随压应力、剪应变等的变化规律,并与现有的力学性能理论值进行比较.结果表明,竖向刚度试验值和理论值相差较大,且随着单层橡胶厚度的增大而增大;针对竖向刚度试验提出了拟合公式,该公式与试验结果吻合较好;受样本数量的限制,拟合公式的适用性有待进一步验证;厚层铅芯橡胶支座的水平力学性能与理论值较接近.

铅芯橡胶桥梁隔震支座屈服比的优化及设计应用

运用有限元软件SAP2000,建立不同未隔震桥梁自振周期,铅芯橡胶隔震支座弹性周期、非弹性周期和隔震屈服比的198个单自由度隔震桥梁模型,进行非线性地震能量反应分析,研究铅芯橡胶隔震支座屈服比与其耗能比的关系以及不同地震水平下的优化屈服比。研究表明,隔震支座优化屈服比随着地震动水平的增强而增大,但增大趋势逐渐减缓;以ElCentro波作为激励得到的优化屈服比拟合公式对不同地震波具有较好的适用性;将基于最大限度耗能确定的隔震支座优化屈服比应用到桥梁隔震的两阶段设计中,即保证了桥梁在正常条件下的使用,又保证了在较大地震荷载作用下,隔震支座最大限度地发挥耗能减震作用。

不同支座约束下网架结构的动力特性对比

为了论证网架在设计时应与下部结构进行整体计算的必要性,以三种支撑下(刚铰支座、弹性支座和柱子支撑)的双层正放四角锥矩形网架为研究对象,应用ANSYS对多个网架结构的挠度、压杆、拉杆进行对比研究,得出如下结论:刚铰支座与弹性支座、整体分析网架的杆件动静力分布规律截然不同,必须考虑下部结构刚度对网架杆件受力的影响,不可简单地简化为刚铰支座,否则设计极不安全;以弹性支座网架模型代替整体分析网架模型有一定的可行性,二者在内力分布及大小较相近,但也有不少杆件应力偏差较大。

国产铅芯隔震支座的极限性能试验研究

针对铅芯橡胶隔震支座进行了各项基本力学性能和极限性能试验研究。采用三个不同厂家按同种规格生产的LRB支座,通过竖向轴压和水平剪切试验检验支座的各项基本力学性能、压力和剪切变形相关性,试验结果表明,支座的基本性能良好,相关性能稳定。进一步对支座进行了水平极限剪切变形试验,并对比了极限变形前后支座的基本力学性能。试验中A、B和C三个支座均达到水平剪切变形400%未出现破坏,其中C支座最大水平变形达到支座的±500%未出现破坏。各支座在极限变形后的力学性能保持稳定,未出现异常。

铅芯橡胶支座竖向刚度试验研究

对铅芯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:在纯压状态下,支座的竖向压缩变形和竖向刚度均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,支座的竖向压缩位移增大,并且竖向压应力越大,支座竖向压缩位移的增大幅度越大;但支座的竖向刚度随着支座剪切应变的增大近似呈线性减小,并且竖向压应力越大,支座竖向刚度减小的幅度越大。

隔震结构基于阻尼负刚度装置的地震响应研究

基于负刚度原理设计了一种利用预压弹簧和斜向转动提供与位移变形方向一致荷载,实现负刚度效应的阻尼负刚度装置,并对其进行了参数影响分析;对负刚度装置进行力学模型验证试验,试验结果表明理论力学模型与试验力学模型吻合较好;通过双线性与负刚度模型得到附带阻尼负刚度装置隔震系统力学模型;对阻尼负刚度隔震结构进行长短周期地震响应分析,结果表明该装置不仅能够减小长短周期地震作用下上部结构的加速度响应,而且可控制隔震层的位移响应,提升了隔震效率。