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重庆橡胶隔震支座在双向受力情况下剪切刚度的变化

双林橡胶  2020-9-27 11:28:01  583
内容摘要:重庆橡胶隔震支座通过延长结构的周期,基础隔震体系可以有效减少向建筑物传播的地震能量,使房屋建筑能有效抵御地震灾害中的地震作用,提高其安全性、可靠性。橡胶隔震支座基础隔震技术已日趋成熟,在规则房屋中得到了广...

重庆橡胶隔震支座通过延长结构的周期,基础隔震体系可以有效减少向建筑物传播的地震能量,使房屋建筑能有效抵御地震灾害中的地震作用,提高其安全性、可靠性。橡胶隔震支座基础隔震技术已日趋成熟,在规则房屋中得到了广泛应用。国内外学者已开始对非规则房屋结构的平面扭转性能进行相关研究:文献[4]通过建立最下层刚度较低从而反映隔震建筑特征的模型,对偏心结构的扭转振动特性进行了研究;文献[5]在对基础隔震单层偏心结构的扭转振动反应进行分析的基础上,系统研究了上部结构偏心距、隔震系统偏心距等参数对隔震结构扭转反应的影响。但是这类研究多停留在定性分析基础上且相对较少,一直未能建立较为成熟、完善、系统的设计理论和方法,因而对非规则房屋结构的平扭耦联反应进行系统研究具有重要的意义和价值。

非规则结构隔震层在平扭耦联地震作用下产生平动和转动,这使橡胶隔震支座处于水平双向受剪受力状态中,其弹塑性变形及剪力全量的方向一直处在变化之中,而置入铅芯又使得隔震支座水平双向受剪的本构关系及耗能情况与单向受剪完全不同。为解决这些问题及得到正确合理的计算结果和设计方法,本文在原有线性理论和单向非线性理论的基础上,设计出了水平双向加力试验装置,通过改变LRBl00橡胶隔震支座及两个力传感器的布置位置,对单个橡胶垫进行两种加载比例的双向受力疲劳试验,橡胶支座产生两个水平平动方向的变形,相应隔震层产生平动和扭转位移,从而模拟在平扭隔震层中重庆铅芯橡胶支座水平双向受力性能。试验获得加铅橡胶垫在两种双向受力中的受力和变形数据,经计算可得到其Y向水平刚度、扭转刚度及阻尼比。本文主要给出布置工况一下橡胶隔震支座水平双向受力试验结果并对试验结果进行相关分析。

试验试件采用LRB100橡胶隔震支座,试件直径为100mm。试验设备主要采用可完成夹层橡胶隔震支座竖向压缩水平剪切试验的10000kN电液伺服压剪加载系统。其由水平500kN的电液伺服作动器及竖向10000kN的千斤顶组成。试验设备的水平方向最大加载速度为30mm,利用16通道数据采集系统采集数据,其最小采样频率为0.01 Hz。由于10000kN电液伺服压剪加载设备仅能对橡胶隔震支座进行水平单向压剪试验,而不能对橡胶支座进行水平双向受力试验。

橡胶隔震支座

试验分两种工况,各工况力传感器与橡胶隔震支座分布情况如图5所示。在各工况中,对实验装置竖向加载100kN,伺服作动器采用位移控制。由于力传感器l、2与橡胶隔震支座刚度相差较大,并且力传感器1上的滑槽(图3)限制了螺杆b的水平运动。则固结于钢板A上的螺杆a可以推动槽a侧壁并在槽a中滑动带动钢板B平转运动,从而使得固结于钢板B、c的橡胶隔震支座处于水平x、Y向受力状态中,形成隔震层模型平动转动的二自由度机构。各工况通过对伺服作动器不同的位移控制,使橡胶隔震支座水平Y向最大变形分别达到50%、100%、150%、200%。工况一、二中,隔震支座水平X、Y向位移比分别为1:1和1:2。支座双向位移数值及钢板B转动角度可由激光位移传感器采集及几何分析得到。另外,根据两个三向力传感器和设备水平作动器采集的数据即可推算出橡胶隔震支座水平x、Y向受力值。

对橡胶隔震支座进行轴向竖向压应力3MPa,剪切变形为士100%的标准单向压剪试验,得到K=0.329 kN。;f=0.070。单向压剪试验时,支座受力变形曲线可以简化为经典的双线性模型。然而在平扭耦联
隔震体系中,隔震垫处在双向受力状态下,水平双向力相互作用,其在两个方向上的荷载和弹塑性变形有一定的耦合关系。在双向试验布置工况一中,水平X向与Y向受力比例为l:l,所得试验结果与单向试验结果对比可以看出,铅芯橡胶支座由普通叠层橡胶支座灌人铅芯构成,其本构关系是非线性的,一个水平方向上荷载的变化引起另一个水平方向上刚度和阻尼的变化。可以看出,当施加X方向力后,支座Y向的水平刚度较单向压剪试验支座水平刚度有所降低,滞回曲线面积减小,Y向阻尼比降低,意味着双向受力下铅芯隔震支座耗能减小。随着剪切变形的增大,Y向水平刚度和阻尼比继续下降。在隔震层平转运动中,随着隔震层的扭转角度增大,隔震垫的扭转刚度和扭转耗能都有所减少。因而在地震中,橡胶隔震支座双向受力耦合是不可忽视的。

通过对橡胶隔震支座进行水平双向疲劳试验,得到了水平Y向滞回曲线及隔震支座扭矩和隔震层扭转角度的关系,并与单向压剪试验进行了比较。试验结果表明:

(1)橡胶隔震支座在双向受力状态下得到的水平刚度和阻尼比均小于橡胶隔震支座单向剪压试验得到的结果;

(2)橡胶隔震支座在双向受力状态下,其剪切刚度、剪切阻尼比、支座扭转刚度、扭转阻尼比均随剪切应变增大而有所减少;

(3)利用本文设计的加力装置可以使隔震层进行平动和转动,使橡胶隔震支座处于双向受力状态,得到比较可靠的试验结果。

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