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。     

铅芯橡胶支座剪切性能影响因素分析

对铅芯橡胶支座进行了有限元分析,研究了水平加载频率、橡胶剪切模量和铅芯直径对支座剪切性能的影响,分析表明水平加载频率对支座剪切性能的影响极小;橡胶剪切模量对支座屈服力的影响极小,但随着橡胶剪切模量的增大,支座的屈服后刚度和水平等效刚度增大,支座的等效阻尼比减小;随着铅芯直径的增大,支座的屈服力、水平等效刚度和等效阻尼比增大,支座的屈服后刚度降低。     

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。     

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。     

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。     

多次循环往复荷载对铅芯橡胶支座剪切性能的试验研究

针对高速荷载下循环次数对铅芯橡胶支座(LRB)剪切性能衰减的影响,采用缩尺铅芯橡胶隔震支座,通过进行压剪试验,研究了高速荷载对铅芯橡胶支座的屈服力、屈服后刚度、等效水平刚度、等效阻尼比等的影响。研究表明:(1)高速荷载下随循环次数的增加,屈服力和等效阻尼比都呈线性减小,当循环次数接近100圈时,两者的值都趋于稳定;(2)高速荷载下随循环次数的增加,屈服后刚度和等效水平刚度都有小幅度的减小,两者的值变化不大,一直趋于稳定。本文研究对长持时地震作用下铅芯橡胶支座的剪切性能参数设计具有一定的参考价值。     

不同高宽比金属橡胶隔震支座力学性能分析

本文针对建筑物使用的传统叠层橡胶隔震支座在使用中存在的一些问题,引进了不锈钢丝金属橡胶材料,设计并制作了新型隔震支座,对比研究了三种不同高宽比支座在不同频率、不同加载幅值下的水平剪切性能,并且研究了支座的轴向承载力以及施加轴向荷载对金属橡胶隔震支座剪切迟滞性能的影响。研究结果表明:加载频率对金属橡胶隔震支座剪切性能影响较小,金属橡胶隔震支座的耗能能力随着加载幅值的增大而增大,且随着高宽比的减小而增大;等效剪切刚度和等效阻尼比随着加载幅值、高宽比的增大而减小;支座具有较大的轴向承载能力,在施加轴向荷载后,金属橡胶隔震支座的剪切耗能能力大大增强。     

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%。     

新型开孔H型钢阻尼器有限元分析

设计了分别开椭圆形孔和菱形孔的2种新型H型钢耗能器,阐述了它们的构造与耗能原理。采用有限元软件ABAQUS对开椭圆形孔、菱形孔和条形孔这3种新型耗能器的耗能性能进行数值分析,研究了开孔形状、肢宽与肢高等参数对新型耗能器耗能性能的影响。分析结果表明：新型H型钢耗能器具有饱满的滞回曲线,屈服位移较小、耗能性能稳定,耗能器的屈服位移、初始刚度和等效阻尼比随各肢钢板宽度增大（或高度减小）而增大;在开孔率相近或者肢宽相同的情况下,菱形孔H型钢耗能器的等效阻尼比要比条形孔和椭圆形孔的大,且应力分布更加均匀。     

铅—橡胶阻尼器的试验研究

通过4种外径相同但铅芯直接不同的8个铅－橡胶阻尼器的低周往复水平荷载试验，研究影响铅－橡胶阻尼器性能的主要因素，得到了这种阻尼器的初始刚度，屈服刚度和等效阻尼比的变化规律。试验结果还表明，铅－橡胶阻尼器即使在很小的剪切变形下也具有较高的耗能能力。     

新型扇形盘式消能器减震性能参数分析

提出了一种新型扇形盘式效能器(fanshaped disc-type energy dissipator,FDED),阐明了其原理、特点,导出其设计要点和设计理论,采用数值方法分析了FDED的减震性能,研究不同设计参数对FDED减震性能的影响。结果表明:FDED设计原理可行,减震机理明确,其转盘式的构造可起到有效的位移放大效果,使得消能器在小激励位移下发挥耗能作用;FDED具有明显的双线性恢复力特性和稳定的耗能性能,等效黏滞阻尼系数可达50%以上;阻尼件中橡胶硬度的改变对FDED初始刚度的影响不敏感,但对FDED屈服后刚度和等效黏滞阻尼系数的影响较为明显。随着橡胶硬度的增大,FDEDE的屈服后刚度上升,等效黏滞阻尼系数降低;保持阻尼层中橡胶层的总厚度不变,通过增减叠层钢板改变单层橡胶层的厚度对于调整FDED的减震性能影响不大;调整铅芯直径的大小主要影响FDED的屈服力和耗能性能。随着铅芯直径的增大,FDED的屈服力也增大,耗能能力逐渐提高。     

低硬度橡胶隔震支座各种相关性及老化徐变特性

作者系统地对低硬度橡胶隔震支座的材料和力学性能进行了试验研究。研究使用的低硬度橡胶隔震支座分18种规格，总计近30个大直径隔震支座。研究内容涉及低硬度橡胶隔震支座的基本力学性能；温度、压力、剪切变形、老化和徐变等相关性；压缩界限，屈曲及极限剪切变形等界限性能以及橡胶材料性能和隔震工程应用等方面。本文主要介绍低硬度橡胶隔震支座的压力、剪切变形、温度对支座刚度、阻尼等力学性能的影响，同时还对隔震支座的老化及徐变特性进行了试验研究，确定低硬度橡胶使用60年后的力学性能变化率。文中同时提出了低硬度橡胶支座的温度修正方程，并提出了隔震结构地震反应分析时支座刚度和屈服荷载变化的取值范围。     

环境温度对板式橡胶支座摩擦滑移性能的影响分析

采用有限元模拟的方式,对板式橡胶支座摩擦滑移特性进行分析,并与常温试验中获得的支座摩擦滑移滞回曲线、等效黏滞阻尼比等进行了对比。在获得可靠模型的基础上,分析环境温度对板式橡胶支座摩擦滑移特性的影响,研究了温度与支座摩擦滑移耗能、等效黏滞阻尼比和滑动起始距离的关系。结果表明:(1)板式橡胶支座的有限元模型可以较好地实现支座在水平荷载作用下的摩擦滑移特性;(2)在±25℃温度范围内,温度越低,板式橡胶支座在摩擦滑移过程中耗能越多,最大相差37.5%。在寒冷地区,支座将更早的进入滑移状态,对采用板式橡胶支座的桥梁更应注意控制桥梁上部结构的支承长度;(3)板式橡胶支座的黏滞阻尼比随着形状系数的减小而增大,而支座的起始滑移距离则随之减小。     

消能减震结构设计参数研究与试验验证

本文就消能减震结构设计参数,即消能部件的支撑刚度、层间最大阻尼力与结构层间屈服力比值等恢复力模型参数的选取进行了讨论。通过对消能装置的耗能特性理论分析,导出了消能装置产生的层间等效阻尼比与这些参数的关系曲线,建议了这些参数的合理取值范围。同时通过对两个消能减震试验结果的分析,验证了本文建议的参数取值的合理性。     

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。     

基于磁悬浮理论的自适应抗拔摩擦摆隔震支座力学性能研究

为解决摩擦摆隔震支座抗拔能力不足的问题并优化其隔震性能,将传统的摩擦摆支座(FPB)和半主动控制思想相结合,提出一种自适应磁悬浮抗拔摩擦摆隔震支座(AMFPB)。基于磁路理论进行理论分析,推导出U型电磁铁的电磁力公式,以及AMFPB刚度、周期和等效阻尼比计算公式;对U型电磁铁进行位移-电磁力试验分析,建立AMFPB有限元模型,并对不同位移幅值、不同电磁铁匝数和输入电流下支座的滞回特性和抗拔性能进行分析。研究结果表明：U型电磁铁的位移-电磁力试验结果与理论结果吻合度较好,计算得到的AMFPB滞回曲线与数值模拟结果基本相同。AMFPB随滑动位移的增加可调节自身的刚度及耗能,有利于支座位移的控制。     

SMA绞线-叠层橡胶复合支座振动台试验研究

对一组SMA绞线-叠层橡胶复合支座进行了振动台试验。根据试验结果比较分析了SMA绞线-叠层橡胶复合支座与普通叠层橡胶支座的隔震性能,着重分析了位移幅值对支座工作性能基本参数如等效水平刚度、最大恢复力、单位循环耗能和等效阻尼比的影响以及这些参数的变化规律。从而证明了在罕遇地震作用下发生较大水平位移幅值时,SMA绞线-叠层橡胶复合支座比普通叠层橡胶支座可提供更大的恢复力和阻尼,更有利于阻隔地震对上部结构的作用和强震作用后上部结构的自动复位。     

橡胶砂芯组合砌块动力特性及隔震效应数值分析

在混凝土空心砌块的空腔中填入橡胶砂形成的组合砌块（RSMCB）可作为简易隔震层应用于村镇建筑防震减灾。建立RSMCB的三维数值分析模型,进行循环剪切试验以及隔震分析,研究不同橡胶砂配比、竖向压应力、盖板尺寸和盖板埋深对隔震砌块动刚度和阻尼比的影响,分析不同的上部配重、输入地震波、橡胶砂配比、盖板尺寸和铺设方式对RSMCB垫层隔震效果的影响。结果表明:（1）橡胶砂芯组合砌块应变软化现象明显。（2）RSMCB的水平动刚度随橡胶砂配比增大而减小,随盖板埋深、盖板尺寸以及竖向压应力的增大而增大。（3）阻尼比随橡胶砂配比、竖向压应力、盖板尺寸和埋深的增大而减小,橡胶砂芯组合砌块隔震消能效果显著。在隔震数值模拟中,输入加速度在经过橡胶砂芯组合砌块垫层过滤后均有不同程度的降低,且被过滤掉大部分高频波。隔震效应随着盖板尺寸的增大而减小,上部结构配重越大,隔震效应越明显,橡胶砂配比为30%时RSMCB垫层隔震效应更好。橡胶砂芯组合砌块符合在村镇欠发达地区低成本隔震的要求,表现出广阔的应用前景。