组合隔震支座的力学模型及刚度分析

　　摘要：组合隔震支座的力学模型一般可以简化为双线性模型。通过对组合隔震支座低周反复加载试验的所得到的试验结果，分析组合隔震体系的力学模型和刚度特性。，其恢复力模型为双线性模型。骨架曲线均表现了双线型的特点。
　　关键词：组合隔震支座；力学模型；刚度；骨架曲线
　　0引言
　　组合隔震体系是将橡胶隔震支座和摩擦滑移隔震支座以某种方式组合在一起，通过合理的配搭，使两种传统隔震技术发挥各自的优点，克服各自的缺点，以取得更好的隔震效果。
　　由铅芯橡胶支座和摩擦滑板支座组成的并联组合隔震体系，是一种带弱恢复力的滑移隔震体系。采用的动力分析模型一般简化为适用于橡胶垫基础隔震的双线性模型。
　　本文通过组合隔震支座的低周反复试验，得到不同工况下的骨架曲线。通过对骨架曲线的拟合，研究该组合隔震体系的力学模型是否符合双线性模型以及它的刚度特性。
　　1各种支座的力学计算模型
　　1.1铅芯橡胶支座的力学模型
　　根据铅芯叠层橡胶支座的力学特点，其分析模型可表示为弹塑性弹簧和粘滞阻尼器的组合，如图1所示，其中kr和c分别为铅芯橡胶支座的水平刚度和阻尼。
　　双线型模型是结构分析中最常用的一种非线性模型。在橡胶支座的力学分析中应用比较多的是弹塑性模型、线性强化弹塑性模型，如图2所示。
　　
　　图1铅芯橡胶支座分析模型示意图
　　
　　图2双线性模型示意图
　　1.2摩擦滑移支座的力学模型
　　纯摩擦滑板支座可以通过滑动使建筑物和基础解耦，这类支座不具有明确的周期，使其可以在较宽的频带范围内消耗地震能量，一般不会出现与地震动共振的现象。但是支座本身不具有位移恢复能力，在地震后留有较大的残余位移。这一点不同于具有位移复原能力、具有特定周期的叠层橡胶支座。
　　通常纯摩擦滑板支座的计算模型采用理想刚塑性模型，如图3所示。
　　
　　图3摩擦滑移支座的刚塑性模型
　　1.3并联复合隔震支座的力学模型
　　并联组合隔震支座为铅芯橡胶支座和摩擦滑板支座的组合。滑动后其分析模型如图5所示。kr和c分别为铅芯橡胶支座的水平刚度和阻尼；为摩擦滑移面的摩擦系数。铅芯橡胶支座的恢复力模型为双线性，摩擦滑移支座的恢复力模型为矩形。当铅芯橡胶支座与摩擦滑板支座并联设置组成隔震层时，组合隔震支座的滞回曲线及刚度为两者的叠加，因此并联组合隔震支座的恢复力模型也可简化为双线性模型，如图6所示。
　　
　　图5组合隔震支座分析模型示意图
　　
　　图6支座滞回曲线简化计算曲线
　　2力学模型验证及刚度分析
　　2.1试验概况
　　本试验共设计了六个试验工况。根据计算所得到的总的竖向荷载我们分为三个大的工况，而每一个大工况里根据滑块个数的不同，我们将竖向荷载分配给橡胶垫和滑块，由此得到了竖向荷载一定时橡胶垫与滑块承担荷载分别为2:1，3:1和4:1情况下的P—Δ骨架曲线，其中P为水平总剪力，Δ为组合隔震体系水平位移。
　　2.2试验结果
　　根据试验，我们得到骨架曲线。如下图8所示，
　　
　　(a)橡胶支座与滑板支座承担荷载比例为4：1
　　
　　(b)橡胶支座与滑板支座承担荷载比例为3:1
　　
　　(c)橡胶支座与滑板移支座承担荷载比例为2:1
　　图8总竖向荷载为139.32KN时的骨架曲线
　　2.3对试验结果的力学分析分析
　　由骨架曲线可看出，在水平反复荷载作用下组合隔震体系经历了两个阶段：
　　第一个阶段为弹性阶段：从坐标原点到屈服点，体系处于弹性工作状态，骨架线基本保持为一直线，斜率保持不变。由于本实验屈服荷载较小，此阶段不太明显。
　　第二个阶段为弹塑性发展阶段：骨架曲线发生偏转，说明隔震体系整体刚度开始下降。
　　实验表明，由铅芯橡胶隔震支座与聚四氟乙烯滑板组成的组合隔震体系，其恢复力模型为双线性模型。各种工况的骨架曲线均表现了双线型的特点。
　　建立双线型模型的方法是：以橡胶支座水平剪应变达到时为橡胶支座的屈服点，以时的水平变形为最大变形。
　　本试验过程中由于试件安装、测试仪器等的连接存在误差，在竖向荷载加载完成后橡胶支座存在一定的变形，每种工况下的最大变形。因此，初始刚度和屈服刚度的计算公式为：初始刚度：屈服刚度其中，为初始刚度；为屈服刚度；分别为橡胶支座变形和时的水平荷载。
　　2.4试验结果的刚度分析
　　从骨架曲线可以看出，在水平往复荷载的作用下，组合隔震体系有刚度退化的现象。骨架曲线分为两段，有一个明显的拐点，拐点后体系的刚度比拐点前显著降低。且铅芯橡胶支座比例越大，竖向荷载越大，刚度退化越晚。
　　3结语
　　由铅芯橡胶隔震支座与聚四氟乙烯滑板组成的组合隔震体系，其恢复力模型可以简化为双线性模型。在水平往复荷载的作用下，组合隔震体系有刚度退化的现象。在支座比例一定的情况下，随着竖向荷载的增加，刚度退化越来越晚。
　　参考文献：
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　　[2]杨树标.孙武.并联复合隔震支座性能的试验研究[J].煤炭工程,2003(1):62-64.
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