鉛芯橡膠支座[2]

1、*p鉛芯橡膠支座的發(fā)展歷史、發(fā)展現(xiàn)狀p鉛芯橡膠支座的工作原理和裝置p鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程p鉛芯橡膠支座的未來發(fā)展趨勢p總結(jié)概況一、發(fā)展歷史和現(xiàn)狀*1.1鉛芯橡膠支座（LRB）介紹： 鉛芯橡膠支座(LRB)是新西蘭學(xué)者在1975年發(fā)展的,它是由普通疊層橡膠支座在其中間豎直地灌入適當(dāng)直徑的的鉛芯形成(圖1),利用鉛芯在地震動過程中彈塑性性能來達到耗散地震能量的效果。由于鉛的屈服應(yīng)力較低(約7 MPa),并在塑性變形條件下具有較好的疲勞特性,被認(rèn)為是一種較好的阻尼器。 鉛芯必須緊固在孔中,并稍微擠進橡膠層中,因此,鉛芯的體積往往比中心孔的體積要大些,使鉛芯能牢固地壓入孔中,當(dāng)橡膠支座發(fā)生水平

2、變形時,整個鉛芯由于被鋼板約束而強迫發(fā)生剪切變形。鉛芯橡膠支座具有較好的滯回特性,其初始剪切剛度可以達到普通疊層橡膠支座剛度的10倍以上,而屈服后剛度接近與普通疊層橡膠支座剛度。由于LRB構(gòu)造比較簡單,能夠提供較大阻尼,可以單獨作為橋梁減隔震支座使用,在新西蘭、美國和日本被廣泛用于橋梁和建筑物的減、隔震。* 國內(nèi)外將減震、隔震支座應(yīng)用于結(jié)構(gòu)震動控制的經(jīng)驗表明,合理選擇減震、隔震支座動力特性參數(shù)是減小結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的關(guān)鍵所在,要達到最優(yōu)的減震目的并為延性抗震設(shè)計提供指導(dǎo),需要對支座動力特性地震響應(yīng)的影響特點與規(guī)律進行深入的研究。近十年來,有關(guān)LRB的研究蓬勃開展,方興未艾。這里就LRB的若干方向的

3、近期研究狀況作些總結(jié)和評述：1.2 鉛芯橡膠支座（LRB）發(fā)展現(xiàn)狀：1.2.1 LRB的非線性地震反應(yīng)分析和非線性動力學(xué)性態(tài) FerraioliM等研究了高阻尼橡膠支座和鉛芯橡膠支座隔震結(jié)構(gòu)的彈塑性地震反應(yīng),考慮支座的滯回特性和上部結(jié)構(gòu)的彈塑性,然后把材料非線性因素當(dāng)作等效線性化系統(tǒng)的虛擬力,用復(fù)模態(tài)分解和迭代方法計算模態(tài)反應(yīng)。朱東升等對一座采用鉛芯橡膠支座(LRB)隔震的橋梁輸入了多條具有相同反應(yīng)譜、且時域內(nèi)強度包線形狀相似的應(yīng)對地震動的全過程十分敏感; LRB是一種有效的隔震裝置; LRB的初始屈服力對隔震效果影響較大。一、發(fā)展歷史和現(xiàn)狀* 王麗、閻貴平等對LRB隔震橋梁的減震效果進行了研

4、究,分別采用非線性水平和轉(zhuǎn)動彈簧單元來模擬減隔震支座和橋墩延性鉸的非線性性能,首次把支座和橋梁結(jié)構(gòu)納入一個系統(tǒng)中,并考慮其相互影響和相互作用。利用大型通用結(jié)構(gòu)分析軟件(ANSYS),對采用鉛芯橡膠支座(LRB)隔震的橋梁輸入了多條實際地震波進行時程分析,系統(tǒng)地討論了隔震橋梁的減震性能,得出在設(shè)計減隔震橋梁時,應(yīng)考慮將非彈性變形和耗能主要集中在減隔震裝置上,避免橋墩屈服先于減隔震裝置屈服。1.2.2 LRB的簡化分析方法 從隔震結(jié)構(gòu)的的設(shè)計來看,建立滿足工程設(shè)計精度要求的實用簡化分析方法是很有意義的。TsaiH C等研究了鉛芯橡膠支座非線性隔震結(jié)構(gòu)的基于反應(yīng)譜的地震反應(yīng)分析,他們首先建立實際模型

5、和等效線性單自由體模型,由震動臺試驗輸入大量地震記錄,比較兩個模型的最大位移和加速度反應(yīng),從而識別出等效結(jié)構(gòu)的等效剛度、等效阻尼比,同時得到了等效剛度與最大位移的關(guān)系。Hwang等對LRB隔震橋梁的等效線性化設(shè)計方法及隔震橋梁的等效阻尼比進行了研究,指出現(xiàn)行等效剛度和等效阻尼比計算方法中存在的問題,建議了新的計算公式。一、發(fā)展歷史和現(xiàn)狀* 吳兵、莊軍生等系統(tǒng)研究了鉛芯橡膠支座等效線性分析模型參數(shù)與其幾何結(jié)構(gòu)及外加動力荷載特性的關(guān)系。研究結(jié)果表明:鉛芯橡膠支座等效線性分析模型參數(shù)(水平耗能、等效剛度及等效阻尼比)主要由其本身的幾何構(gòu)造及組成材料決定,且在往復(fù)加、卸載循環(huán)中具有較好的穩(wěn)定性。一、發(fā)

6、展歷史和現(xiàn)狀*1.2.3 LRB的土-結(jié)構(gòu)相互作用 隔震結(jié)構(gòu)一般都建在硬土場地,研究者通常將隔震結(jié)構(gòu)的地基視為無限剛度,但研究隔震結(jié)構(gòu)的土-結(jié)構(gòu)相互作用(soil-structure interaction, SSI)仍然是有意的。而且軟土地區(qū)也可能需要建造一些隔震結(jié)構(gòu),比如隔震橋梁,這需要與新型隔震裝置的開發(fā)和先進技術(shù)的應(yīng)用相結(jié)合來解決。劉云賀、趙曉娟等探討了地震作用下樁基礎(chǔ)剛度對采用鉛芯橡膠支座(LRB)橋梁的減震效果的影響,提出以墩底彈簧約束模型模擬群樁基礎(chǔ)的方法,建立了考慮地基剛度影響的橋梁非線性動力分析模型。算例的非線性時程分析結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)中如采用剛性基礎(chǔ)假設(shè),即忽略土-結(jié)構(gòu)相互作

7、用,對普通橡膠支座(RB)和鉛芯橡膠支座(LRB)都會使設(shè)計結(jié)果偏于安全,尤其對LRB而言富裕度較大。1.2.4 LRB的實驗 試驗研究在隔震技術(shù)發(fā)展中的重要性是不言而喻的,多年來研究者在隔震結(jié)構(gòu)、隔震裝置的試驗、開發(fā)應(yīng)用方面作出了重要的貢獻。劉文光、楊巧榮等對建筑用鉛芯橡膠隔震支座溫度性能進行了研究,在試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上,提出了支座屈服后剛度及屈服載荷的溫度修正方程。一、發(fā)展歷史和現(xiàn)狀*1.2.5 工程實例 下圖分別是世界上第一棟采用鉛芯橡膠支座隔震的建筑(The William Clayton Building, New Zealand)和世界上使用鉛芯橡膠支座中基底面積最大的建筑(日本)。

8、 一、發(fā)展歷史和現(xiàn)狀*二、工作原理和裝置介紹2.2 鉛芯橡膠支座的工作原理 鉛芯疊層橡膠隔震支座由鋼板與橡膠分層疊合,經(jīng)高溫硫化粘結(jié)而成,并通過上下聯(lián)結(jié)板與結(jié)構(gòu)相連,裝置正中央為鉛芯,其剖面圖如圖 由上連接板 上封板、鉛芯、多層橡膠、加勁鋼板 、保護層橡膠、下封板和下連接板組成。多層橡膠、加勁鋼板構(gòu)成多層橡膠支座承擔(dān)建筑物重量和水平位移的功能，鉛芯在多層橡膠支座剪切變形時，靠塑性變形吸收能量，地震后，鉛芯又通過動態(tài)恢復(fù)與再結(jié)晶過程，以及橡膠的剪切拉力的作用，建筑物自動恢復(fù)原位。2.1 構(gòu)造* 對應(yīng)不同鉛芯的要求，隔震橡膠支座可以有不同的疊層結(jié)構(gòu)、制造工藝和配方設(shè)計，以滿足所需要的垂直鋼度、側(cè)向

9、變形、阻尼、耐久性、抗傾覆等性能要求。 支座中的鉛芯具有較低的屈服點和較高的塑性變形能力,可使支座的的阻尼比達到20%一30%,同時又具有增加支座的初始剛度,控制風(fēng)反應(yīng)和抵抗微地震的作用。鉛芯在單獨使用時不容易吸收能量,但鉛的性能較為穩(wěn)定,可以在常溫下結(jié)晶,利用疊層橡膠對鉛芯的約束,在反復(fù)變形時可以發(fā)揮其穩(wěn)定的耗能作用。鉛芯橡膠支座具有隔震和阻尼兩種特性,因此可以單獨使用,而無需另設(shè)阻尼器,使得隔震系統(tǒng)變得比較簡單,可以節(jié)省空間,并利于施工。另外,通過控制支座鉛芯的直徑,可以調(diào)整支座的耗能能力。二、工作原理和裝置介紹*工程案例上海賽車場 在目前多層隔震體系中,鉛芯疊層橡膠支座應(yīng)用廣泛,在日本2

10、000年全年度審查的隔震結(jié)構(gòu)中,部分或全部采用鉛芯橡膠隔震支座的隔震結(jié)構(gòu)數(shù)量占總數(shù)的50%以上,我國占到90%以上。日本橫濱路標(biāo)塔大廈 二、工作原理和裝置介紹*2.3 鉛芯橡膠支座的工作性能 疊層鉛芯橡膠隔震支座的工作性能主要包括以下幾個方面:u 壓縮性能。即在豎向荷載作用下,支座的縱向收縮和橫向擴張性能。疊層鉛芯橡支座中的鋼板與橡膠墊的彈性模量和橫向變形系數(shù)有較大差異,但鋼板會對橡膠片的橫向變形產(chǎn)生約束,使橡膠片內(nèi)部處于三向受壓狀態(tài)。因此,疊層鉛芯橡膠膠支座的豎向承載力比橡膠本身大得多,幾乎與同樣截面大小的鋼筋混凝土柱子相當(dāng)。u 受拉性能。橡膠材料的拉應(yīng)力在10一20kN/cm2以內(nèi)時,基本

11、表現(xiàn)為彈性。在彈性范圍內(nèi),橡膠材料的受拉剛度只有受壓剛度的1/10左右。另有實驗表明,疊層鉛芯橡膠隔震支座經(jīng)過較大的受拉變形后再壓縮時,其受壓剛度降低為初期剛度的1/2左右。因此,在實際工程中不宜采用疊層橡膠隔震支座的受拉性能。二、工作原理和裝置介紹*u 耐火性實驗研究表明,在一般的火災(zāi)下,疊層橡膠隔震支座仍有一定的承載力,不會使結(jié)構(gòu)立即倒塌,因為支座外部約有10一20mm左右的橡膠覆蓋,燃燒時形成的碳化層具有較好得熱阻性能,能夠阻止支座進一步燃燒。雖然支座有一定的耐火性,但是還是應(yīng)該在支座外部做好防火構(gòu)造。u 耐久性。疊層橡膠隔震支座在工作期間,由于橡膠老化、徐變等都有可能對疊層橡膠支座的力

12、學(xué)性能產(chǎn)生不同程度的影響。周福霖等人的實驗研究表明:經(jīng)過60年后,疊層橡膠支座水平剛度增加10%一20%左右,水平極限變形降低10%左右。因此在設(shè)計中考慮支座老化而引起的隔震層水平剛度的增加,可基本消除支座老化對隔震結(jié)構(gòu)減震效果的影響。關(guān)于徐變的實驗測試結(jié)果表明,橡膠在100年后的徐變量不到橡膠片總厚度的10%。因此,疊層鋼板橡膠支座作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件,其耐久性與建筑物的壽命相當(dāng)二、工作原理和裝置介紹*2.4 LRB設(shè)計行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范）2.4.1 設(shè)計依據(jù)u GB 20688.2-2006 橡膠支座 第 2 部分：橋梁隔震橡膠支座u GB/T 469-2005 鉛錠u GB/T 528-2009 硫

13、化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定u GB/T 912-2008 碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼 熱軋薄鋼板和鋼帶u GB/T 1682-1994 硫化橡膠低溫脆性的測定 單試樣法u GB/T 3274-2007 碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼 熱軋厚鋼板和鋼帶u GB/T 3512-2001 硫化橡膠或熱塑性橡膠 熱空氣加速老化和耐熱試驗u GB/T 6031-1998 硫化橡膠或熱塑性橡膠硬度的測定(10100IRHD)u GB/T 7759-1996 硫化橡膠、熱塑性橡膠 常溫、高溫和低溫下壓縮永久變形測定二、工作原理和裝置介紹*u GB/T 7760-2003 硫化橡膠或熱塑性橡膠與硬質(zhì)板

14、材粘合強度的測定 90剝離法u GB/T 7762-2003 硫化橡膠或熱塑性橡膠 耐臭氧龜裂 靜態(tài)拉伸試驗法u CJJ77-98 城市橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)u CJJ 166-2011 城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范u HG/T 2198-2011 硫化橡膠物理試驗方法的一般要求u JT/T 722-2008 公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件u JT/T 822-2011 公路橋梁鉛芯隔震橡膠支座u JTG D60-2004 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范u JTG/T B02-01-2008 公路橋梁抗震設(shè)計細則u EN 1337-3: 2005 Structural bearings - Part 3: Elast

15、omeric bearingsu EN 15129: 2009 Anti-seismic devices二、工作原理和裝置介紹*LRB 系列鉛芯隔震橡膠支座按本體形狀分為矩形鉛芯隔震橡膠支座和圓形鉛芯隔震橡膠支座。2.4.2 支座分類2.4.3 支座型號二、工作原理和裝置介紹*2.4.4 支座結(jié)構(gòu)鉛芯支座的結(jié)構(gòu)形式如下圖二、工作原理和裝置介紹* LRB 系列鉛芯隔震橡膠支座的豎向載荷傳遞過程是樓體上預(yù)埋鋼板上連接鋼板上封板橡膠、鉛芯、加勁鋼板疊層結(jié)構(gòu)下封板下連接鋼板支座。 LRB 系列鉛芯隔震橡膠支座的地震水平載荷傳遞過程是支座下錨固組件下連接鋼板剪切鍵、下封板橡膠、鉛芯、加勁鋼板疊層結(jié)構(gòu)上封

16、板、剪切鍵上連接鋼板上預(yù)埋鋼板通過上錨固組件傳遞到樓體。2.4.5 支座技術(shù)性能u 規(guī)格系列 圓形鉛芯隔震橡膠支座分為 22 類：d420， d470 ，d520， d570，d620， d670， d720 ，d770， d820，d870， d920， d970 ，d1020，d1070，d1120，d1170，d1220，d1270，d1320，d1370，d1420，d1470。 矩形鉛芯隔震橡膠支座分為 25 類：300420 ， 350350 ， 350520 ， 420420 ， 470570 ， 520520 ， 520620 ， 570570 ，570670 ， 620620

17、 ， 670670 ， 720720 ， 770770 ， 820820 ， 870870 ， 920920 ，970970 ， 10201020 ， 10701070 ， 11201120 ， 11701170 ， 12201220 ， 12701270 ，13201320，13701370。二、工作原理和裝置介紹*u 剪切模量支座設(shè)計剪切模量為 0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa。u 水平等效剛度175%剪應(yīng)變時矩形鉛芯隔震橡膠支座最大水平等效剛度為 9.7kN/mm，最小水平等效剛度為1.3kN/mm，圓形鉛芯隔震橡膠支座最大水平等效剛度為 10.4kN/mm，最小水平等效剛度為1

18、.1kN/mm。u 等效阻尼比175%剪應(yīng)變時矩形鉛芯隔震橡膠支座最大等效阻尼比為 22.7%，最小等效阻尼比為 14.4%，圓形鉛芯隔震橡膠支座最大等效阻尼比為20%，最小等效阻尼比為13.5%。二、工作原理和裝置介紹*u 設(shè)計剪切位移二、工作原理和裝置介紹*2.4.6 鉛芯隔震橡膠支座的常規(guī)選型流程為：確定橡膠剪切模量 G（G0.8、G1.0、G1.2）支座本體形狀（圓形、矩形）設(shè)計豎向承載力設(shè)計剪切位移量校核計算或優(yōu)化設(shè)計（反復(fù)）。二、工作原理和裝置介紹* 徐變老化問題 支座受拉 溫度影響 恢復(fù)力模型 計算模型三、鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程*3.1 徐變老化問題 大部分隔震建筑都首選具

19、有阻尼功能的鉛芯橡膠支座( LRB) 作為隔震裝置，LRB橡膠支座的應(yīng)用范圍最為廣泛。建筑物的使用壽命一般都超過 50年，在使用期限內(nèi)橡膠支座會因為荷載、溫度、空氣和水等因素的影響發(fā)生硬化、老化、裂紋或變形等 老化和徐變現(xiàn)象，并引起支座的力學(xué)性能發(fā)生變化，老化和徐變特性是橡膠隔震支座十分重要的 長期性能指標(biāo)。三、鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程* 日本福岡大學(xué)的森田慶子和高山峰夫等人，對橡膠支座的長期性能進行了 15a的試驗，記錄 了橡膠支座徐變量的變化。2000 年，劉文光等針對直徑 300mm的普通鉛芯橡膠隔震支座在使用期限 60a的力學(xué)性能進行了熱老化及徐變試驗，結(jié)果表明隔震支座在使用期限內(nèi)

20、力學(xué)性能穩(wěn)定。 2002年，劉文光等又系統(tǒng)地對橡膠材料進行了老化試驗，確定了低硬度橡膠使用 60a的力學(xué)性能變化率。2010年，程桂勝建立了天然橡膠支座的 老化模型，可以模擬天然橡膠支座在任意溫度和任意老化時間情況下的性質(zhì)變化。上述研究均以 試驗測試為主，由于受到支座的形狀系數(shù)，橡膠硬度和壓應(yīng)力等參數(shù)的影響，測試結(jié)果相差較大，因此，對于橡膠支座的老化和徐變性能仍需要補充大量的實驗室和工程現(xiàn)場測試以掌握其在建筑使用壽命期限內(nèi)的力學(xué)性能變化率。三、鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程*3.2 支座受拉問題 橡膠支座的豎向拉伸能力遠小于豎向壓縮能力,界限拉伸能力僅為壓縮能力的1/301/20。 Uyu(19

21、96年)針對Gent和Lindley建立的橡膠彈性體壓縮豎向剛度,提出了類似壓縮剛度計算理論的拉伸剛度Kvt計算式。三、鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程* 橡膠支座可采用圖1所示的模型表示支座非線性變形領(lǐng)域拉伸狀態(tài)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,這種模型定義為雙剛度模型.OA彈性段的剛度Kvty稱為第一剛度,A點對應(yīng)的應(yīng)力和應(yīng)變稱為屈服應(yīng)力和屈服應(yīng)變,當(dāng)拉伸應(yīng)力超過屈服應(yīng)力后進入AB非線性段. AB非線性段的剛度vKvty稱為第二剛度,v為非線性剛度系數(shù),表示拉伸時非線性段拉伸剛度的降低程度,取為0.06。三、鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程*3.2.1評價拉伸性能的彈塑性分析模型基本原則(1)整個曲線包括壓縮段和拉

22、伸段,壓縮段認(rèn)為是線性的;(2)拉伸加載段分為彈性段,剛度退化段(小拉伸應(yīng)變階段)和剛度強化段(大拉伸應(yīng)變);(3)在彈性范圍內(nèi),橡膠支座的拉伸剛度不受反復(fù)拉伸的影響;(4)在彈塑性范圍內(nèi),經(jīng)過反復(fù)拉伸,橡膠支座的拉伸剛度逐漸降低;(5)鉛芯僅在彈性段對拉伸性能有影響.三、鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程*3.2.2 3G評價準(zhǔn)則 規(guī)定在罕遇地震作用下,隔震支座不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力,當(dāng)隔震支座不可避免地處于受拉狀態(tài)時,其拉應(yīng)力不應(yīng)大于112 Mpa。對高層和超高層隔震結(jié)構(gòu)、塔型隔震結(jié)構(gòu)等較大高寬比隔震結(jié)構(gòu)體系,這一規(guī)定很難實現(xiàn)。 在實際工程中按以下“3G評價準(zhǔn)則”來判定橡膠支座的拉伸性能。“3G評價準(zhǔn)則

23、”就是在拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線中,隔震支座可取3倍橡膠剪切彈性模量作為拉伸設(shè)計應(yīng)力界限。因為在這一應(yīng)力狀態(tài)下,支座即使發(fā)生較大的剪切變形,仍可保持較高的拉伸剛度。同時限制拉伸應(yīng)變不超過10%,即 時,橡膠支座能夠確保隔震結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。當(dāng)試驗曲線在圖中測試曲線的上方區(qū)域內(nèi)時,可以判定該支座的拉伸性能滿足工程使用要求,如圖6所示。三、鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程*1)對于上部較為剛性的大高寬比結(jié)構(gòu),隔震后水平向減震效果都是明顯的。大高寬比方向在強震時變形仍以第一振型為主,但有彎曲變形的影響。2)橡膠墊支座豎向沒有隔震效果,如果要減少豎向反應(yīng),需要研究新型隔震支座。3)大高寬比隔震結(jié)構(gòu)在超過八度的罕

24、遇地震或周期較長的八度罕遇地震下,支座豎向可能進入非線性屈服,結(jié)構(gòu)存在傾覆的可能。研究高寬比限值和抗傾覆裝置對拓廣隔震結(jié)構(gòu)使用范圍,是十分必要的。三、鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程*3.2.3 工程實例 1994年1月17日，美國圣菲爾南多發(fā)生洛杉磯地震，震級M=6.7，直下型地震，死亡56人，傷7300人，損失很大。南加州大學(xué)醫(yī)院采用隔震結(jié)構(gòu)幸免于難。 地下一層，地上7層，建筑面積：33000平方米；占地：4100平米；最高高度：36。0m；鉛芯多層橡膠隔震器68個，多層橡膠隔震器81個。三、鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程*三、鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程*3.3 溫度影響問題 我國地域遼闊,地

25、震區(qū)域分布廣泛,各地氣候條件等差異較大,在對橡膠隔震支座與溫度相關(guān)的力學(xué)性能研究分析方面尚未取得系統(tǒng)研究成果。 由于隔震支座的使用期限不低于建筑物的使用壽命及地震發(fā)生的隨機性,因而橡膠隔震支座涉及的溫度性能應(yīng)包括三方面內(nèi)容:首先是外界溫度下隔震支座各種力學(xué)性能的穩(wěn)定性和變化范圍;其次是建筑物使用壽命期間隔震支座力學(xué)性能的穩(wěn)定性;最后是自然火災(zāi)或地震帶來火災(zāi)對隔震支座力學(xué)性能的影響。三、鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程* 隔震支座作為隔震建筑豎向承載和提供水平彈性恢復(fù)力的器材,其耐火性能世界各國要求不一。在日本對于隔震支座的耐火能力不作具體要求,但對于整個隔震層的防火要求較高,且隔震層不允許放置物品

26、。對中間層采用隔震建筑,多數(shù)將隔震支座進行防火處理,即在支座外附加防火材料,隔震建筑造價會因此而略有提高。我國建筑隔震橡膠支座規(guī)程中對隔震支座的耐火性能有明確要求,提出用明火連續(xù)燃燒一小時,冷卻后測定隔震支座的力學(xué)性能變化。然而由于明火試驗的非恒定性,規(guī)程并未規(guī)定明火的溫度等具體試驗措施,僅籠統(tǒng)地規(guī)定為模擬隔震支座的使用條件進行耐火試驗。三、鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程* 模擬工程條件進行的燃燒試驗表明鉛芯隔震支座外周合成橡膠形成的碳化層阻止了外周橡膠層的進一步燃燒,燃燒初期隔震支座溫度增加緩慢,燃燒中期及燃燒后期隔震支座溫度變化明顯增加。燃燒后隔震支座水平剛度變化率為-6.9%,極限壓縮應(yīng)力

27、仍超過規(guī)定的90MPa而未破壞。研究結(jié)果同時表明對使用鉛芯橡膠隔震支座的隔震結(jié)構(gòu)進行彈塑性動力分析時,應(yīng)充分考慮支座剛度及屈服力的溫度因素對結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)的影響。三、鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程*3.4 恢復(fù)力模型 橡膠材料具有不可壓縮性,同時又具有較好的彈性,橡膠的拉伸實驗表明,橡膠比鉛芯具有較高的屈服極限。根據(jù)鉛和橡膠材料的上述力學(xué)性能，可以認(rèn)為,在一定的荷載范圍之內(nèi),隔震支座在循環(huán)荷載作用下,鉛芯發(fā)生理想彈塑性變形,而橡膠則是始終保持彈性變形?；谶@種假定,可以推出一個具有一段初始彈性剛度的雙線性滯回曲線。鉛芯隔震橡膠支座水平剪切性能曲線三、鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程* 現(xiàn)有的鉛芯橡膠支

28、座恢復(fù)力模型中,常見的有雙線性模型、修正雙線性模型、Ramberg-Osgood模型及雙線性+RO模型等。雙線形恢復(fù)力模型是假定橡膠支座為理想的彈性材料,鉛芯為理想的彈塑性材料,把鉛芯橡膠支座的恢復(fù)力模型視為雙線性。雙線性模型的優(yōu)點是模型簡單、計算較為方便。Skinner、Robinson(1993)研究指出采用雙線性恢復(fù)力模型進行隔震計算,可以得到較為精確的近似結(jié)果,但對于高度非線性的分析結(jié)果誤差過大。部分學(xué)者提出了修正雙線性模型,通過修正橡膠支座的屈服剛度和屈服力來修正普通雙線性模型。Ramberg-Osgood模型適用于高阻尼橡膠隔震支座。三、鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程* 馮德民(19

29、98年)提出了修正雙線性模型與Ramberg-Osgood模型組合使用的BRO鉛芯橡膠支座的恢復(fù)力模型,即在卸載段和反向加載段采用Ramberg-Osgood模型,其他段采用雙線性模型。現(xiàn)有的鉛芯橡膠支座的剪切恢復(fù)力模型具有一個共同的特點是僅在初始彈性段范圍內(nèi)考慮了鉛芯橡膠支座的小應(yīng)變相關(guān)特性,當(dāng)鉛芯橡膠支座進入屈服狀態(tài)后不考慮小應(yīng)變特性,對屈服荷載及屈服后剛度的修正僅在未經(jīng)歷狀態(tài)修正,經(jīng)歷后不再考慮,骨架曲線未考慮各加載時程段的不同特點。這使得在復(fù)雜的非線性分析計算中存在較大誤差。觀察偽靜力試驗所得的滯回曲線看出,橡膠支座的滯回曲線與加載時程密切聯(lián)系。針對這一特性,考慮鉛芯橡膠支座加載時程的

30、應(yīng)變特性,提出鉛芯橡膠支座的“扁環(huán)”效應(yīng)及其恢復(fù)力模型。三、鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程* 何文福提出了鉛芯橡膠支座“扁環(huán)”效應(yīng)的概念,并建立了鉛芯橡膠支座考慮加載時程應(yīng)變特性的剪切恢復(fù)力的“扁環(huán)”效應(yīng)模型,并對提出的模型進行了試驗驗證。三、鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程*3.5 計算模型3.5.1 LRB恢復(fù)力計算模型 大量的LRB的擬動力實驗表明,由于鉛芯的灌入,LRB的初始剛度K1較RB的剛度Kr有較大的提高。當(dāng)鉛芯屈服后,其第2剛度K2趨于RB的剛度KR,從而可獲得比較飽滿的滯回曲線,達到耗能的目的,其滯回特性可由圖1所示的雙線性模型來描述。圖1中,Qy為鉛芯屈服力,剛度K1與K2和Qy

31、有關(guān)本文按下式確定: 式中,W為支座的豎向設(shè)計承載力。Qy/W可以認(rèn)為是反映LRB的橡膠用量與鉛芯用量之比等因素的一個綜合設(shè)計參數(shù)。三、鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程*3.5.2 系統(tǒng)的地震響應(yīng)方程 將支座和上部結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)體系用多質(zhì)點層剪切模型模擬,則系統(tǒng)的地震響應(yīng)方程可寫為三、鉛芯橡膠支座的設(shè)計方法及流程* 1995年1月17日,日本兵庫縣發(fā)生了震驚世界的阪神大地震。這次地震造成了生命、財產(chǎn)極大的損失,同時也以慘重的代價留給科學(xué)界和工程界許多經(jīng)驗教訓(xùn)和發(fā)人深省的間題。其中最重要的問題之一是這次地震發(fā)現(xiàn)了在震中地區(qū)豎向地震作用超過了水平地震作用。從國內(nèi)外的工程應(yīng)用和研究中可以看出,基礎(chǔ)隔震結(jié)

32、構(gòu)在水平隔震方面具有較好的隔震效果,但是對于豎向地震作用下其隔震效果如何,國內(nèi)外學(xué)者對這方面研究的比較少或者比較緩慢。四、LRB發(fā)展趨勢4.1 豎向隔震*四、LRB發(fā)展趨勢*4.2 層間隔震 層間隔震結(jié)構(gòu)是在基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的,只有一些在工程實踐中,由于特殊情況才采用層間隔震結(jié)構(gòu)。因此目前對于層間隔震結(jié)構(gòu)的研究成果還比較少,沒有系統(tǒng)的理論研究成果。現(xiàn)有的大多數(shù)的研究成果是針對某一實際結(jié)構(gòu)進行的振動臺實驗和相應(yīng)的動力時程分析。日本的愛知縣名古屋市啊圣那大廈,是第一個采用層間隔震結(jié)構(gòu)的實例,隔震層設(shè)置在1層和2層之間。4.2.1 層間隔震優(yōu)點l 由于隔震層的水平剛度很小,地震時結(jié)構(gòu)的變

33、形主要位于隔震層。對于基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu),隔震層通常位于基礎(chǔ)頂部或地下室頂部,一般低于室外地面,為了保證地震時隔震層能發(fā)揮作用,我國抗震規(guī)范規(guī)定,上部結(jié)構(gòu)的周邊應(yīng)設(shè)置防震縫,縫寬不宜小于各隔震支座在罕遇地震下的最大水平位移值的1.2倍。上部結(jié)構(gòu)與地面之間,宜設(shè)置明確的水平隔震縫;當(dāng)設(shè)置隔離縫有困難時,應(yīng)設(shè)置可靠的水平滑移墊層。而對于層間隔震由于隔震層設(shè)置在一層或一層以上的上柱頂,結(jié)構(gòu)的大變形將發(fā)生在沒有障礙的空中,也就不存在預(yù)留空間及相應(yīng)的構(gòu)造問題。四、LRB發(fā)展趨勢*l 層間隔震可以提高結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力。由于隔震支座的抗拉性能較差,因此規(guī)范規(guī)定,隔震支座不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力。這樣可以保證隔震結(jié)構(gòu)在地震

34、時不發(fā)生傾覆破壞。對于層間隔震結(jié)構(gòu),由于隔震層位置相對較高,使得結(jié)構(gòu)的抗傾覆力矩與傾覆力矩的比值增大。因此,提高了結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力。l 施工方便。采用隔震技術(shù)的房屋,通過隔震層處的水暖管道均需設(shè)置成軟管。隔震層設(shè)置在層間時,軟管部分就可以設(shè)置在地面以上,便于軟管部分的施工、維修和更換。對舊有房屋進行抗震加固時,若采用基礎(chǔ)隔震形式,需要在基礎(chǔ)頂部將原有結(jié)構(gòu)斷開,進行施工,比較復(fù)雜。而在原有結(jié)構(gòu)的頂部設(shè)置隔震層,施工過程會方便很多。四、LRB發(fā)展趨勢* 通過研究隔振層位置的變化以及隔震層以下結(jié)構(gòu)阻尼比對層間隔震的影響,得出層間隔震結(jié)構(gòu)在豎向地震作用下,不僅減隔震效果不明顯,反而會增大結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)

35、。并且隨著隔震層位置的下移,其增大豎向地震作用的能力隨之增大。這是我們需要關(guān)注的問題4.2.2 層間隔震豎向隔震效果四、LRB發(fā)展趨勢*u 鉛芯橡膠支座的構(gòu)造與性能關(guān)系的研究,確定相應(yīng)的設(shè)計參數(shù)和方法,并制定出產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。u 由于LRB的力-位移的滯回特性,精確的分析必須采用非線性分析,計算量相當(dāng)大,且滯回曲線本身往往具有一定的誤差。若將LRB以常值的剛度與阻尼來模擬,顯然會帶來很大的誤差,因此關(guān)于減隔震結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析方法,若能建立一種特殊的隔震支座單元,借用簡化分析中的一些做法,從總體性能上構(gòu)造隔震支座單元,模擬其剛度和阻尼性能,而避免了直接離散實際的支座而導(dǎo)致的巨大的計算量,則會有很大的現(xiàn)實意義。u 結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中存在大量的不確定性,如外部環(huán)境(載荷和場地)、結(jié)構(gòu)本身(構(gòu)件材料性能、截面幾何參數(shù)、構(gòu)件抗力)以及計算模型的不確定性等。引入隨機理論、可靠度理論來分析L