土工格栅加筋橡胶砂强度特性试验研究

橡胶砂作为轻质、耗能填料在土木工程中有广泛的应用前景,但其强度往往会随橡胶含量的增大而降低。土工格栅常用于对散体材料的加筋补强,研究土工格栅对橡胶砂强度特性的加筋效应具有重要意义。基于三轴压缩试验,对3种不同格栅布置方式（1、2、3层）下的干燥橡胶砂强度特性展开研究,重点考察加筋层数对不同围压（50、100、200 kPa）下、不同配比（0%、10%、20%、30%、40%）橡胶砂的强度参数,如峰值强度、似黏聚力、内摩擦角的影响规律。结果表明：土工格栅加筋橡胶砂的强度参数,包括峰值强度、似黏聚力、内摩擦角,相对于未加筋橡胶砂均有明显提高,提高幅度随土工格栅加筋层数的增加而增大,随着围压的降低而增大;土工格栅对配比为20%橡胶砂的强度加筋效应最为明显;土工格栅加筋橡胶砂的强度参数恢复系数与加筋密度之间呈良好的线性关系;土工格栅加筋橡胶砂的强度特性可由试验所得的经验恢复函数较好地估计。     

含水率对大应变下橡胶砂动剪模量和阻尼比的影响

橡胶砂作为轻质耗能填料在工程中应用广泛,其含水状态随应用领域及外界因素变化而不同。研究含水率变化对橡胶砂动剪模量和阻尼比的影响,对于其合理应用具有重要意义。利用大型循环单剪试验装置对6种含水率的橡胶砂在3种竖向压力下进行了循环剪切试验,得到了动剪应变幅值在1%～3%范围时,橡胶砂动剪模量和阻尼比随含水率变化的试验现象。结果表明：橡胶颗粒的加入使得纯砂的动剪模量随含水率的衰减受到抑制,当橡胶颗粒含量达到30%时,橡胶砂动剪模量随含水率的增大反而表现出增大的趋势;随着橡胶颗粒含量的增大,橡胶砂阻尼比随含水率的增大表现出衰减的趋势;虽然离散性较大,但含水率对橡胶砂动力特性的影响不可忽略,橡胶砂动剪模量受含水率影响的平均最大变化幅值可达20%,阻尼比受含水率影响的平均绝对变化值接近0.025;在动力特性随含水率的稳定性方面,橡胶颗粒质量含量为20%的橡胶砂表现相对较好。     

高应变率下再生橡胶颗粒改性混凝土受压破坏细观数值模拟

再生橡胶颗粒改性混凝土作为一种绿色的新型混凝土材料,具有低弹性模量、大变形、高阻尼、能量耗散多及抗裂性能好等特点,引起了国内外土木工程界特别是混凝土界的广泛关注和研究。然而,目前该领域所进行的研究多为再生橡胶颗粒改性混凝土的动力特性及其在静载作用下破坏规律;而对动力荷载作用下再生橡胶颗粒改性混凝土动态响应及破坏的相关研究则很少涉及。在高应变率下,再生橡胶颗粒改性混凝土是否仍然保有其大变形、高能量耗散和良好的抗裂性能的优点,是否具有卓越的抗爆炸抗冲击性能,成为该领域一个很有意义的科学问题。本文利用有限元显式动力分析软件建立了包含水泥砂浆、粗骨料两相的普通混凝土随机细观模型,以及包含水泥砂浆、粗骨料、橡胶颗粒三相的再生橡胶颗粒改性混凝土随机细观模型,通过在静力荷载作用下普通混凝土和再生橡胶颗粒改性混凝土的破坏分析和比较,验证了建立的混凝土随机细观模型的合理性。在此基础上,研究了再生橡胶颗粒改性混凝土在冲击荷载作用下受压破坏的破坏规律,通过与普通混凝土的比较,揭示了再生橡胶颗粒改性混凝土在高应变率下的受压破坏的特点,为其进一步应用于建筑结构的抗爆抗冲击提供理论基础和技术支持。     

用于阻尼器结构不锈钢丝金属橡胶元件力学性能试验研究

为研究金属橡胶材料用作土木工程结构消能减震阻尼器的力学性能,本文针对不同成型密度的金属橡胶阻尼元件,分别在静力、动力荷载作用下进行了压缩性能试验,测试加载幅值、循环加载次数、元件成型密度、动力加载频率等因素对金属橡胶元件阻尼耗能的影响规律。研究结果表明,金属橡胶材料有着良好的弹性和阻尼特性,其滞变耗能能力随着成型密度、加载幅值的增加而增大;加载频率和加载次数对金属橡胶滞变性能几乎没有影响。     

橡胶座非线性弹性拉伸特性的理论和试验研究

本文系统地研究分析了橡胶隔震支座(简称橡胶座)拉伸相关的基础理论,提出了原点拉伸纵弹性模量、拉伸刚度因子、原点拉伸刚度、偏拉原点刚度等基本概念,还提出了计算橡胶座非线性段拉伸刚度的双刚度和原点拉伸刚度应力应变模型等理论。基于原点拉伸刚度和偏拉原点刚度,提出了预测橡胶座的拉伸变形量计算理论。针对新提出的基本概念和计算理论采用低弹性天然橡胶和铅芯橡胶座原型试件进行了试验研究工作,结果表明本文建立的计算理论能够较理想地定量分析橡胶座拉伸相关的刚度和变形特性。     

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。     

环形橡胶支座力学性能试验研究与有限元分析

随着环形橡胶支座在文物及大型设备隔震等方面应用需求的增长,对环形橡胶支座的力学性能的准确掌握越来越重要。目前,虽然部分学者已提出环形橡胶支座的水平与竖向刚度的计算公式,但其对不同参数特征的环形橡胶支座的适应性还未经过试验验证,此外,支座水平与竖向刚度的压应力相关性也亟需进一步研究。因此,聚焦环形橡胶支座的水平与竖向力学性能,通过试验对现有计算公式进行评估,并重点研究支座的水平与竖向刚度的压应力相关性;基于试验建立环形橡胶支座的有限元模型,参数化分析不同特征参数的环形橡胶支座在不同压应力及水平剪应变下的水平刚度、竖向刚度及其内部应力分布变化规律,并量化分析不同压应力与剪应变对支座各项力学性能的影响。研究结果表明：环形橡胶支座的水平与竖向刚度均呈现出显著的压应力相关性;第一形状系数与第二形状系数对环形橡胶支座的水平与竖向力学性能均产生影响,第一形状系数对支座的竖向等效刚度与等效应力影响更大,而第二形状系数对支座的水平等效刚度影响更大;在不同加载工况下,环形橡胶支座内钢板层的Mise等效应力均远大于橡胶层。     

高层分段隔震结构的动力响应分析

本文提出了一种基于叠层橡胶支座的大高宽比高层建筑分段隔震结构形式,并对同一高层建筑结构分别采用基础隔震、层间隔震和分段隔震三种不同形式时进行了数值模拟对比分析。结果表明,采用分段隔震形式可明显减小高层建筑结构的顶层侧向位移、中间隔震层的相对位移和下支柱端应力,使结构的侧向位移集中于两个隔震层上,耗散了大部分地震输入能量,保障了与隔震层相连的构件的安全性,防止了由于支座受拉或剪压破坏导致上部结构倾覆倒塌现象的发生。     

近断层脉冲型地震动作用下隔震结构地震反应分析

隔震结构在远震场地减震效果良好，但是近断层地震动的明显的长周期速度和位移脉冲运动可能对隔震建筑等长周期结构的抗震性能和设计带来不利影响，需要深入探讨。本文首先讨论近断层地震动的长周期脉冲运动特征，然后以台湾集集地震8条典型近震记录和其它4条常用近震记录以及4条远震记录作为地震动输入，对两幢安装铅芯橡胶隔震支座的钢筋混凝土框架隔震结构进行非线性地震反应时程分析，通过比较探讨了算例计算结果，定量说明隔震结构的近震脉冲效应显著，是隔震设计不容忽视的问题。