铅芯橡胶支座剪切性能的压力相关性试验研究

由于在地震中橡胶支座承受的竖向压力会产生较大变化,因而有必要对橡胶支座剪切性能的压力相关性进行研究。采用低周反复循环加载试验方法对铅芯橡胶支座进行了剪切性能试验,研究了支座压应力和剪应变对支座屈服力、屈服后刚度、水平等效刚度和等效阻尼比的影响,结果表明,随着支座压应力的增大,支座的滞回曲线越来越饱满,支座的耗能能力近似呈线性增大;支座的屈服力和等效阻尼比随着压应力的增大而近似呈线性增大,随着支座剪应变的增大,压应力对屈服力和等效阻尼比的影响逐渐减小;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;支座的水平等效刚度随着压应力的增大而近似呈线性减小,随着剪应变的增大,压应力对水平等效刚度的影响略有增大。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,可供工程设计人员使用。     

金属橡胶桥梁支座剪切屈服后刚度研究

基于重叠面积法与Haringx理论,得到圆形截面金属橡胶桥梁支座剪切屈服后刚度的计算公式,公式中剪切屈服后刚度与压应力及支座直径成正比,与支座高度成反比,并且存在待求系数α与β。通过大尺寸金属橡胶桥梁支座试件的压缩及压剪试验,获得剪切模量与压缩模量之间的关系,求得系数α约为1.3。参考剪切试验中压应力、支座直径、相对密度和形状系数对支座剪切屈服后刚度的影响规律,给出无量纲系数β的计算公式。根据待求系数α与β,对理论计算公式进行实用性简化,并比较屈服后刚度的理论计算结果与试验结果。结果表明：实用计算公式与试验结果吻合较好,且具有较好的精度,可用于金属橡胶支座压剪状态下屈服后刚度的计算。     

高阻尼隔震橡胶支座的相关性试验研究及其参数取值分析

本文目的是研究各种因素对新型桥梁高阻尼隔震橡胶支座(简称HDR)水平剪切性能的影响。采用反复加载试验方法,进行了HDR支座剪应变相关性、压应力相关性、加载频率相关性、反复加载次数相关性、温度相关性、老化相关性等试验,研究了其相应因素对HDR支座滞回环面积、屈服强度、等效阻尼比、屈服后刚度、等效刚度的影响。试验结果表明,加载频率、反复加载次数、温度、老化对HDR支座表征阻尼特征的指标影响较大,而对其刚度影响相对较小。通过对试验曲线的分析,给出了G值为0.64 MPa,100%剪应变时设计等效阻尼比为12%的HDR支座的等效剪切模量、等效阻尼比、屈服强度、屈服前刚度、屈服后刚度随剪应变变化的经验公式。     

竖向荷载对铅芯橡胶支座力学性能的影响

对铅芯橡胶支座进行了有限元分析,研究了竖向荷载对支座力学性能的影响。分析表明:随着竖向荷载的增大,支座的极限位移逐渐减小,支座易发生整体失稳;支座的屈服后刚度和水平等效刚度随竖向荷载的增大而降低,支座的等效阻尼比随竖向荷载的增大而增大;并且在双向压剪作用下,竖向荷载对支座力学性能的影响幅度更大。因而,在实际工程中,应重视竖向荷载对支座力学性能的影响,以保证支座的稳定性。     

隔震支座非线性特性的数值模拟

对隔震支座进行精细的数值仿真是准确模拟隔震支座力学特性的基础。在确定天然橡胶本构模型参数的基础上,采用有限元软件建立了不同形状系数的隔震支座模型,并对支座施加竖向荷载和水平循环往复位移荷载情形进行了动力特性分析。分析结果表明,铅芯橡胶隔震支座的水平刚度随轴压应力的增大而降低,但是变化幅度不大,而水平刚度随第一、第二形状系数的增大而提高。结果还表明隔震支座的力学特性可以采用数值方法进行准确模拟。     

金属橡胶支座剪切性能试验研究

针对一种金属橡胶支座,研究其剪切性能。进行3种压应力下的拟静力试验,分析竖向压力和水平剪切变形对支座剪切性能的影响;以试验数据为基准,建立支座剪切性能与压应力之间的相关性经验公式,提出能够近似模拟试验曲线的三线性恢复力模型。试验研究表明,随着支座剪切变形的增大,支座等效刚度及耗能增大,等效阻尼比减小,屈服力基本保持不变,滞回曲线由梭形逐渐变为反S型,当剪切应变大于25%时支座出现刚度硬化现象;随着支座压应力增大,支座的耗能、屈服力、等效刚度及等效阻尼比均增大。     

超低硬度隔震橡胶支座的竖向力学性能研究

为了解具有超低硬度(G值为0.196 MPa,简称G2)的天然隔震橡胶支座(简称LNR)及铅芯隔震橡胶支座(简称LRB)的竖向力学性能,采用试验方法对不同直径G2-LNR支座和G2-LRB支座进行了不同压力下竖向刚度、不同水平剪应变下竖向静刚度及不同水平连续剪切位移下支座附加竖向变形测试,对同直径G值为0.392MPa(简称G4)支座部分相同性能进行了对比测试,并将G2测试结果和理论分析结果进行了对比.测试结果表明,G2-LNR竖向刚度随竖向压力的增加呈线性增加的趋势,其不同剪应变状态下竖向静刚度随应变增加呈线性减少的趋势.G2-LRB竖向刚度随竖向压力的增加呈非线性增加,而不同剪应变状态下竖向静刚度随应变未呈现明显的变化规律.试验与理论分析结果表明,测试得到的不同剪应变状态下支座竖向静刚度与理论计算得到的支座刚度在大应变时误差较大.支座不同剪应变状态下竖向静刚度难以准确反映支座在连续水平剪应变状态下的真实刚度,采用藤田隆史考虑重叠面积竖向刚度公式可以较好地预计G2支座在不同剪切位移时支座的附加沉降位移.     

方形多铅芯橡胶支座力学性能研究

本文通过对方形多铅芯橡胶支座竖向压缩性能试验,水平剪切性能试验以及其等效刚度、屈服强度、屈服后刚度、等效阻尼比等水平特征参数与水平剪切应变和竖向压应力的关系,特别是对其在不同方向上压缩剪切变形状态下的性能试验,分析了这种隔震支座各种水平特征参数在不同方向上变化的相关规律。得出在这种类型橡胶隔震支座在双向水平荷载同时作用下,竖向性能和水平性能较为稳定,是较为理想的桥梁结构的减隔震装置。     

低硬度橡胶隔震支座基本力学性能及恢复力特性

本研究对低硬度橡胶隔震支座的材料性能（主要包括力学性能）进行了系统的试验开发及理论研究。研究用低硬度橡胶隔震支座包括天然橡胶隔震支座及铅芯橡胶隔震支座两大类18种规格总计近30个大直径隔震支座。研究内容涉及橡胶隔震支座竖向刚度、水平刚度及阻尼等基本力学性能；压缩界限，屈曲及极限剪切变形等界限性能；温度、压力、剪切变形、老化和徐变等相关性及长期特性；同时还对橡胶材料其他性能进行了系统的试验研究。本文主要介绍低硬度天然橡胶隔震支座及铅芯橡胶隔震支座的基本力学性能，如竖向、水平刚度和恢复力等特性。     

橡胶隔震支座竖向刚度简化计算法

本文提出了采用橡胶隔震支座刚度因子计算隔震支座竖向刚度的方法，在此基础上提出了适于工程应用的简化计算式，研究还进行了2种不同橡胶6种规格共12件试验体的竖向刚度及水平刚度试验。文末给出了该计算结果与试验结果的对比，表明本文所提计算方法适合于工程使用。     

橡胶隔震支座力学性能试验研究

在自行研制的压剪试验装置上进行了橡胶隔震支座水平刚度和竖向刚度等力学性能的检测试验研究,试验结果为建筑结构基础隔震设计和橡胶支座设计改进提供了依据。试验检测的产品已用于多个建筑工程。     

新型弹塑性软碰撞防护装置试验研究

为限制隔震层位移,研发了同时提供刚度和阻尼力的新型弹塑性软碰撞防护装置,该装置主要由铅芯橡胶支座、剪力键及中空连接钢板组成。首先对铅芯橡胶支座进行了设计压应力12MPa下基本性能试验及压应力0 MPa下剪切试验;然后进行了弹塑性软碰撞防护装置的水平力学性能测试试验,测定装置的屈服后刚度、屈服力及支座顶端转角,探讨了剪力键外圆面罩橡胶套对试验结果的影响,对比分析了装置的水平力学性能指标与支座在0MPa下剪切试验结果的差异;最后,对弹塑性软碰撞防护装置进行了数值模拟,对比了数值模拟与试验的水平力-位移滞回曲线。结果表明:弹塑性软碰撞防护装置可提供刚度及阻尼力,在剪力键外圆面罩上橡胶套后对试验结果基本无影响;与0MPa下支座测试结果相比较,装置的屈服后刚度及屈服力有所降低;支座顶端转角随支座剪应变的增大而增大;数值模拟与试验的滞回曲线吻合良好,该装置具有良好的滞回耗能能力。     

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。     

一种新型三维隔震支座的试验研究

通过研究三维隔震支座与二维隔震支座力学性能的相关关系,对传统的蝶形弹簧改进,并将改进后的新型蝶形弹簧通过对合叠合的方式组成蝶形弹簧竖向隔震支座,与普通橡胶支座通过串联的方式组合成一个新型的三维隔震支座。对二维天然隔震橡胶支座(LNR)、碟形弹簧竖向隔震支座、三维隔震支座分别进行了水平方向和竖向力学性能试验,分析了独立状态下的二维隔震支座与三维隔震支座相互之间力学性能的关系,并对其规律进行了归纳和总结。试验结果表明:竖向弹簧片支座的竖向刚度随压应力的增加呈线性变化;在低频率情况下频率对其竖向刚度影响不大;三维隔震支座的水平刚度相对于独立状态下的LNR会略有降低;LNR对三维隔震支座的整体竖向刚度的影响不大。     

SMA-橡胶支座的力学性能试验研究

SMA-橡胶支座是一种由叠层橡胶垫和形状记忆合金（SMA）复合而成的新型隔震支座。阐明了SMA-橡胶支座的设计思路和工作机理,通过SMA-橡胶支座实物模型的伪动力试验,考察了支座的水平和竖向刚度、耗能能力和等效阻尼比,研究了位移幅值、加载频率、竖向荷载等参数对支座力学性能的影响。研究结果表明,SMA-橡胶支座工作性能稳定,耗能能力较强,是一种性能优良的新型隔震装置。     

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%。     

小型叠层橡胶支座水平刚度的实验研究

对小型叠层橡胶支座（Ｄ〈１００ｍｍ）进行了压剪试验研究,总结了这类支座的一些基本性能。试验表明,当用现有的大型叠层橡胶支座水平刚度公式计算小型叠层橡胶支座的水平刚度时,结果偏小,必须进行适当修正。本文还对一组锡芯叠层橡胶支座进行了试验研究,并得到了一些初步结果。     

超高应力隔震组合支座的基本力学性能研究

提出了1种超高应力隔震组合支座高性能隔震系统,该隔震系统是由多个橡胶支座按设计所需规则组合而成。建立了高性能隔震系统回转刚度理论公式、水平刚度、竖向刚度和屈曲应力的相关理论公式,并采用300型缩小试件对HPIS高性能隔震系统组合支座进行了竖向刚度、屈服后刚度、屈服力等基本性能和相关性的低周反复加载试验。研究结果表明:高性能隔震系统组合支座相对单体橡胶支座,在回转刚度、压应力稳定性及屈曲应力等方面均有显著提升。     

铅芯对厚层铅芯橡胶支座竖向力学性能的影响

厚层铅芯橡胶支座具有同时隔离水平地震动和竖向地震动的三维隔震性能,其竖向刚度是影响厚层橡胶支座竖向隔震性能的关键因素。基于厚层铅芯橡胶支座三维有限元模型,研究铅芯对厚层铅芯橡胶支座竖向刚度的影响,模型分析中考虑铅芯与周边边界的不同约束情况,研究铅芯的边界约束条件对支座竖向刚度的影响,分析结果表明,铅芯单元边界约束考虑法向可分离、切向可滑移且边界接触摩擦系数取0.9时较为符合支座实际情况。研究了铅芯直径对支座竖向刚度的影响,结果表明,铅芯对支座竖向刚度的贡献除铅芯材料自身刚度及其边界约束条件外,尚应考虑铅芯直径的影响。同时进行了支座性能试验,通过有限元分析结果与试验结果的比较,验证有限元分析方法的有效性及铅芯边界约束条件定义的合理性。     

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。