疊層橡膠支座

在各種隔震裝置中,國外研究和應用較多的是高阻尼疊層橡膠支座和鉛芯疊層橡膠支座.Rohinsno在1982年研究了鉛芯疊層橡膠支座鉛芯的剪切變形,鉛在較小的應力下屈服,并具有明顯的彈塑性性質.Hosarm---Eddni在1995年研究了一種鉛芯疊層橡膠支座的地震反應分析模型,根據橡膠和鉛的力學特性給出理論和試驗滯回模型公式及其參數.對于普通疊層橡膠支座,1992年ShPehe記用有限單元法研究了彈性疊層橡膠支座的力學性能,分析了鋼板和橡膠在水平剪力作用下的應力分布.Masha川ni在1992年利用振動臺試驗研究了核電站用疊層橡膠支座的極限變形特性,證明了疊層橡膠支座在部分支座失效的情況下仍具有很好的隔震性能.在,華中理工大學唐家祥在1992年研究了堆疊型疊層橡膠支座的力學性能及其動態特性.由于在眾多的隔震裝置中,疊層橡膠支座具有隔震性能穩定、制作方便、經濟廉價、耐久性好等特點,在隔震房屋中得到廣泛應用.為了降低造價,多數情況下疊層橡膠支座一般單獨應用,在這一情況下疊層橡膠支座的恢復力和等效阻尼特性就顯得相當重要.本文主要針對剪切變形率、熱老化和加載頻率對疊層橡膠支座的等效水平剛度、等效阻尼比的影響進行研究.

1疊層橡膠支座概況

本文設計的疊層橡膠支座截面形狀為圓柱形,,設計承載力為1000kN.支座中橡膠共巧層,厚度為74~;鋼板共14層,厚度為45mm.橡膠邵氏硬度為49,扯斷伸長率為550%.表征鋼板對橡膠層約束作用的支座第一形狀系數s,(s,=D/4tr,D為橡膠直徑,tr為單層橡膠厚度)為15.0,s,與支座豎向剛度及豎向承載力密切相關,S:越大,豎向剛度越大.表征橡膠支座水平剛度特性的第二形狀系數S₂(S₂₌D/ntr,n為橡膠層數)為4.0,S₂控制著支座的穩定性,s,越大,支座越扁平,穩定性越好,但水平剛度增大,隔震效果減小.由于研究時間及試驗經費的限制,本文僅對一種疊層橡膠支座進行了研究,以期找出該類橡膠支座的動態特性,進一步研究中將進行更多的相關試驗研究.

疊層橡膠支座在使用階段始終處于一定的豎向荷載作用下,其剛度處于線性彈性段內,因此在隔震房屋的地震反應分析時,可以把豎向剛度當作常數來對待.

疊層橡膠支座在恒定豎向荷載作用下的水平剪切滯回曲線在1以)呢剪切變形率內幾乎呈現線性性質,因此可以考慮當作線性來處理.疊層橡膠支座的等效水平剛度在同一批試件中具有一定的離散性,但等效剪切剛度變化最大在20%以內,可以滿足使用要求.從關系曲線分析結果看,等效剪切剛度隨著剪切變形率增大而減小,隨著加載頻率增加而增大.

疊層橡膠支座在水平剪切荷載作用下,具有較大的等效阻尼特性.從試驗結果看出,疊層橡膠支座的等效阻尼比一般在8%一巧%之間變化.隨著支座剪切變形率的增大,阻尼比也相應增加,而隨著加載頻率的增加阻尼比反而減小.在低頻成分較多的地震波作用下,加載頻率的影響將減小.根據試驗結果,在地震反應計算中,疊層橡膠支座在不同剪切變形率時,阻尼比取建議值比較適合.

本文通過對疊層橡膠支座進行試驗,研究了變形振幅、加載頻率和使用壽命對疊層橡膠支座動態特性的影響.試驗結果表明,疊層橡膠支座的剪切變形率、加載頻率對支座的等效水平剛度和等效阻尼比均產生一定影響.在地震反應計算中,由于等效水平剛度和等效阻尼比對結構反應影響較大,故應當考慮這一影響.本文給出的地震反應計算中疊層橡膠支座的等效水平剛度、豎向剛度的計算公式與試驗結果相符,文中提出的等效阻尼比建議值可供有關研究人員參考.