铅芯橡胶隔震支座恢复力模型多因素作用解耦分析结果讨论

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万方数据第3l卷第2期20“年6月华南地震SoUTHCHINAJoURNALoFSEISMoLoGYV01．31．No．2Jun．，20ll铅芯橡胶隔震支座恢复力模型多因素作用解耦分析结果讨论钟先锋1．(1．深圳IH建筑设计研究总院有限公司。广东刘文光2深圳51803l；2．上海大学，上海200072)摘要：综合国内外对铅芯橡胶支座力学性能的试验研究成果．考虑各种冈素对支座水平方向恢复力模型的影响，提出了主要相关影响凶素的修正系数。依次对支座模型进行解耦分析。分析结果可以用来修正常用的铅芯橡胶支座恢复力模型。关键词：铅芯橡胶支座；恢复力模型；多因素耦合作用；解耦分析中图分类号：P315．9l文献标识码：A文章编号：100l一8662(2011)02卸|094—09引言隔震结构在地震作用过程中能够表现出良好的隔震效果．使上部结构的加速度比之普通结构降低一个数量级左右。而且实际经验证明隔震结构是一种优良的结构体系。但是。结构中隔震支座的恢复力性能受到较多因素的影响。实验和实际经验表明．支座的竖向压应力、水平位移、加载频率、温度以及使用年限对支座的屈服力和屈服后刚度都会产生较大的影响，而且几种因素相互作用，相互关联，这就给结构分析过程中支座恢复力模型的确定带来一定的困难。《建筑抗震设计规范》GB50011—2010(以下称规范)采用以下方法考虑了上述几种相关因素对支座恢复力模型的影响：对耐久性要求．在经历相应设计基准期的耐久试验后，隔震支座的刚度变化不超过初期值的±20％；对竖向压应力。主要是限制橡胶隔震支座的平均压应力；对水平向减震系数计算．应取剪切变形100％的等效刚度和等效黏滞阻尼比；对罕遇地震验算，宜采用剪切变形250％时的等效刚度和等效黏滞阻尼比，当隔震支座直径较大时可采用剪切变形100％时的等效刚度和等效黏滞阻尼比。规范对模型水平刚度给出了一个设计参考值，但没有给出特定使用条件下的水平刚度值。对隔震结构进行非线性分析时．需要确定支座的屈服力和屈服后刚度，而此两项也|J样受到卜述几种相关因素的影响。规范对此也没有给出取值标准⋯。这就给不同使用条件下对支座恢复力模型数值的确定带来不便，进而影响结构计算的精度。收稿日期：20ll—Ol一14作者简介：钟先锋，男，1982年生。硕上研究生．从事工程减震研究．E一啪il：z】【f2008@126．com． 万方数据2期钟先锋等：铅芯橡胶隔震支庵恢复力模型多因素作用解耦分析结果讨论95针对各种相关因素对支座力学性能的影响，国内外已经进行较多的研究，文献[2]f3]研究了铅芯橡胶隔震支座的基本力学性能和长期力学性能，文献[4][5]对其各种相关因素、老化徐变特性和温度性能进行了研究，文献[6]给出了日本常川的铅芯橡胶支座各种相关性的试验数据等。然而，上述试验研究虽然指出了各种相关因素的影响，但是没有定量地给出其影响的程度和修正系数。所以还小能运J}I于实际。要提高隔震结构设计和分析的可靠性。就要定量把握支座的剪切变形、轴向压应力、加载频率、温度以及橡胶老化等相关冈素对支座从微小变形到破坏变形的滞同特性的影响。因此本文综合闰内外有关铅芯橡胶支座力学性能的试验数据，针对上述五种因素对隔震支座恢复力模唰的影响进行解耦分析．分析结果适用’j二现有常用的铅芯橡胶支座的恢复力模型。1数据拟合和分析方法由于四次样条曲线摆动小，函数厂(菇)在区间(o，6)内光滑，同时经过给定的数据点集I(戈。％)lM=0，所以采用四次样条曲线。通过依次提出各年u关因素对铅芯橡胶支座恢复力模型的修正系数来进行多凶素解耦分析。思路如下：把试验结果标准化．压力以10MPa为基准，剪切变形以100％为基准。频率以0．1Hz的为基准，温度以常温20℃为荩准，并把这些情况下的试验结果取ff【做为标准值“l”．其它使用条件下的试验结果与之相比。就得到各种不同使川条件下的模型相对于标准条件下的模刑的修I卜系数。2铅芯橡胶支座的恢复力模型修正用双线性模型或者其它一些模型表示铅芯橡胶支座滞回曲线时．可以用屈服后刚度(K“)和初始刚度(救玩)两种弹簧、以及屈服力(Qcf)进行模型化。本文提出的修JF内容主要为针对屈服后刚度和艋服力进行的。2．1剪切变形相关性总结文献[2][4][6]中的剪切变形对支座屈服后刚度和屈服力的影响试验数据，进行归一化处理，取均值，得坷服后刚度、屈服力与剪切变形1：H关惟在试验数据点上的修正系数．如表l和表2。表l屈服后刚度与剪切变形的相关性在试验数据点上的修正系数表’rabIelCorrectionpa髓metersofthecorreIationofyieIdedstimle鹞andsh明rdeformationattestdatjIpoints 万方数据华南地震3l卷裹2屈服力与剪切变形的相关性在试验散据点上的修正蔡鼓袁T矗№2com咖p—kn0f岫∞rrdaⅡ明0fykⅫ呜s帆n咖丑Ⅱdsk盯de如rma岫砒矧d4h呻hb根据表l和表2采用四次样条曲线对试验数据进行拟合，拟合得屈服后刚度与剪切变形的相关性曲线(如图1)和屈服力与剪切变形的相关性曲线(如图2)。拟合公式和拟合参数如表3和表4。图l屈服后刚度与剪切变形的相关性曲线圈H鲋“肿h“帅cumd”ddedmi岛鹩8andsI．eⅡdefo皿ad呻圉2屈服力与剪切变形的相关性曲线圈F1}2o'rIeh6加cuf"dyleMl嘴stm哪aildshe”ddⅫ“”寰3屈服后喇度与剪切变形的相关性计算公式表Ta№3F0珊．__ae蛔the伽础t蛔or蚋d捌甜r-蛔舯d蛔ddh枷Ⅱ叫2500436m3567lm276—12653l56舛n9卵310OO675_04聊ll575一l293153明n999815n】加8_0734515276—13617I4452n999820n0961_06196l^”l—l4329l55320994725n06l-03260537lm388l11舛90993730—OD79504182-068320l848ll6∞l 万方数据2期钟先锋等：铅芯橡胶隔震支座恢复力模喇多因素作用解耦分析结果讨论97表4屈服力与剪切变形的相关性计算公式表7I’able4FbrmulaetotllecorreIationofyieIdingstrengthandsh∞rdefo咖ation2．2压应力相关性总结文献[2][4][6]中的胝应力对支座屈服后刚度和埘服力的影响试验数据，并对其进行归一化处理，取均值。得屈服后刚度、属服力与压应力相关性在试验数据点上的修正系数，如表5和表6。表5屈服后刚度与压应力的相关性在试验数据点上的修正系数表Table5Co盯∞tionpammete璐ofthecormlationofyieIdeds6H．n鹤sandcompressjvestre霸attestdatapoints表6屈服力与压应力的相关性在试验数据点上的修正系数表TabIe6CorrectionpammetersofthecorreIationofyieIdingstrengmandcompressivestre鼹attestdat：-pI'ints 万方数据华南地震3I卷同样采用样条曲线对雀5和击6中归一化后的试验数据进行拟台，拟合得埘服后刚度与压应力的午【『关什曲线(如图3)千¨屈服力与M应力的丰u关性曲线(如图4)．拟台公式和拟台参数如表7和表8。图3坷服后刚度与压应力的相芰性曲线幽ng3oml8¨⋯一dymldH【．‰⋯nd⋯⋯es㈣Ⅲ＆女¨¨崩4屈服力与压应力的相关性曲线罔H94C∞EⅢ⋯⋯ofy_eIdeds¨“essa“⋯⋯sI㈣％裹7屈服后刚度与压应力的相差性计算公式表Table7Fo珊Ⅲ神“'tllecorrdaⅡoⅡ0fbHw忧nyjdded蛐咖洲dc0⋯p咄si⋯tre镕25％6E—06_o0004n0076_oO823l3“70995050％3E—06—0000200034_o0452l255309952100％一lE—06000l_00似20m34ln968l09957l50％1E—06—5EⅫ_00∞j_0000l1051509998200％lE—06—5E054EJ)5-0006ll(196409”2250％2E—06-0000l00024-0032l1l8809966表8屈服力与压应力的相关性计算公式表T矗ble8FomuI神m恤ecorrehtmn0fbc‘㈣yidded蚶胁e∞al-d⋯p嗍i⋯ne$ 万方数据2崩钟先锋等：铋芯椽艘隔震立崖恢复力模型多咐索作用解辆分析结粜讨论9923温度相美性总结文献[31[4][5]f6]中有关铅芯橡胶支座恢复力模型中屈服后剐度、屈服力与温度的相关性试验数据，进行归一化处理，取均值，得到屈服后刚度、屈服荷载与温度的相关性在试验数据点上的修正系数分别如表9和表10所爪。寰9届服后尉度与卫度相关性在试验缸据点上的惨正幕救寰TE№9coHe曲“呻曲Ⅱ·EkB0f岫矾1960Ⅱ0f蚋ddedmm·髑柚d衄畔憎hI件nt嘣血hpoi口b裹lO屈服力与疆鹰相关性在试验敲据点上的修正系敛襄TabklOch俐on胛nmekm0fthe∞衲伽n“，kIm啤st件蛐柚dkmⅣmhl呻址kn血b口咖b采用样条曲线对表9和表10巾归t化后的试验数据进行拟合拟合得屈服后刚度与温度的相关性曲线(如图5)和删腿力与温度的相关性曲线(如幽6)．拟合公式和拟合参数如表ll。'_：：：：●1t。卜1m州、＼ji—斋一一；一奇—著—；—；一■■T拖酗5埘般后刚度～沁度的相盖性曲线用H}5c蛳eh6∞⋯㈨ryield副m，‰傅sa州t⋯mIuml蹦6肼服力与强度的棚戈性曲线圈F。96(=0№bIⅢ⋯oryleId。ng8hn曲"dkmncmm∞二、_，～．。∞^jJ，，，4J●t￡ 万方数据100华南地震3l卷表11屈服后刚度、屈服力与温度的相关性计算公式表TabIellFomlllaet0me∞r他IationofyieIdedstiml鹉s，妒eImngst代ngmaImtemperatIIre72．4加载频率相关性提取文献[2][3][6]中有关铅芯橡胶支座恢复力模型中水平刚度与加载频率的相关性试验数据，进行归一化处理，取均值，得到水平刚度与加载频率的相关性在试验数据点上的修正系数(分别如12所示)。表12水平刚度与加载频率相关性修正系数表Table12CormcUonparamete体ofmecor他Ia60noftheleVeIsti仃Ile鹪andI蚰dfrequency2．560年刚度硬化相关性根据文献[4]，铅芯橡胶支座等效60年刚度硬化后，测得的屈服后刚度为老化前的1．06倍。加载频率和使用年限对模型的影响可以按线性插值进行取值。3恢复力模型修正系数使用方法通过以上表格中数据，可以得到各种不同使用条件下支座恢复力模型的综合修正系数。根据表3，先计算出剪切变形修正系数，然后根据表4考虑压应力的影响，再依次计算出温度和加载频率的影响，最后把各系数依次相乘，就可以得到综合修正系数，如表13所示。表中使用条件一可表示广州高层隔震结构经遇罕遇烈度的情形，使J}j条件二可表示哈尔滨低层隔震结构经遇多遇烈度的情形。可以看出综合修正系数与常规使用条件“l”相比差别很大．特别是在高温大震J出服后刚度的修正系数降低到0．66(此时隔震层将趋于不安全)：在低温小震屈服后刚度的修正系数增加到1．68(此时将激起结构高阶振型．影响居住的舒适性)。由此可见，对于隔震结构的没计和分析，需要考虑当地的具体使用条件．对橡胶恢复力模型进行修正。 万方数据2期钟先锋等：铅芯橡胶隔震支座恢复力模型多因素作用解耦分析结果讨论10l注：修IF系数同样适用于修正双线性模型，Bouc—wen模型，修lE舣线性+R0模型等常用的恢复力模型。4结论本文通过综合有关铅芯橡胶支座的恢复力特性研究成果，分析和总结了剪切变形、压应力、加载频率和温度等因素对支座水平向恢复力模型的影响，得出了一些有益的结论。(1)对铅芯橡胶支座的多因素影响进行了解耦分析，对试验结果进行了归一化处理．得出了在试验数据点上的修正系数；然后根据此修正系数采用四次样条曲线进行拟合．给出了拟合公式和拟合图形，提出了在各种不同使用条件下的模型修正系数．可供隔震结构的设计和分析参考使用．(2)剪切变形、压应力和温度对屈服后刚度影响较大，加载频率和使用年限对水平刚度也有一定的影响；压应力和温度对屈服力的影响较大，但剪切变形对屈服力的影响较小：(3)对于隔震结构的设计和分析需要综合考虑各种相关因素的影响．特别是对于一些偏离常规使用条件的隔震结构更应该如此。参考文献[1]CB500ll一200l，建筑抗震设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，20lO．[2]刘文光，周福霖，庄学真，等．大直径夹层橡胶隔震装置力学性能试验研究[J]．世界地震工程，1999。15(1)：62—68．[3】刘文光，庄学真，林佳．夹层橡胶隔震支座长期力学性能及耐火性能试验研究[J]．华南建设学院西院学报，2000，8(3)：l～10．[4]刘文光，李峥嵘，周福霖，等．低硬度橡胶隔震支座各种相关性及老化徐变特性[J]．地震工程与工程振动，2002，22(2)：l15一121．[5]刘文光，杨巧荣，周福霖．建筑用铅芯橡胶隔震支座温度性能研究[J]．世界地震工程，2003，19(2)：40J珥．[6]日本建筑学会著．刘文光译．隔震结构设计[M]．北京：地震出版社。2006． 万方数据102华南地震3l卷AnalysisofDecouplingtoMulti—factorRoleofLRBResilienceModelzHONGxianfeng’，LIuwenguan92口．G姗够胁“‰如e昭饥GI正Ⅱ，增如够G删婷加M5JDDD6，吼i啊2．跏叫加i踟如e巧咖S妇动面2DDD72，傩iMJAbstract：CombinedwiththeLRBmechanicalproperties，manyfacto瑙onthebearinghorizontalrestoringforcemodelweretakenintoaccount．ThepaperproposedthecorrectionparameteI弓ofthemaininnuencefjactors．Thenthepaperdecoupledbearingmodel．Theresultscanbeappliedtoexi8tedcommonLRBI．esilienceofthemodel．KeywOrds：LRB；Resiliencemodel；Multi—factorcoupling；Decoupling 铅芯橡胶隔震支座恢复力模型多因素作用解耦分析结果讨论作者：钟先锋，刘文光，ZHONGXianfeng，LIUWenguang作者单位：钟先锋,ZHONGXianfeng(深圳市建筑设计研究总院有限公司,广东,深圳,518031)，刘文光,LIUWenguang(上海大学,上海,200072)刊名：华南地震英文刊名：SOUTHCHINAJOURNALOFSEISMOLOGY年，卷(期)：2011,31(2)参考文献(6条)1.GB50011-2001,建筑抗震设计规范20102.刘文光;周福霖;庄学真大直径夹层橡胶隔震装置力学性能试验研究1999(01)3.刘文光;庄学真;林佳夹层橡胶隔震支座长期力学性能及耐火性能试验研究2000(03)4.刘文光;李峥嵘;周福霖低硬度橡胶隔震支座各种相关性及老化徐变特性[期刊论文]-地震工程与工程振动2002(02)5.刘文光;杨巧荣;周福霖建筑用铅芯橡胶隔震支座温度性能研究[期刊论文]-世界地震工程2003(02)6.日本建筑学会;刘文光隔震结构设计2006本文读者也读过(10条)1.王勇.汪永兰.王爽安装铅芯橡胶支座桥梁的抗震性能研究[期刊论文]-现代交通技术2011,08(4)2.刘文会.王丹寒冷地区铅芯橡胶支座桥梁的地震响应分析[期刊论文]-吉林建筑工程学院学报2011,28(4)3.何丽莉.HELi-li铁路桥梁铅芯橡胶支座桥梁减隔震应用研究[期刊论文]-山西建筑2010,36(32)4.孙建刚.李德昌.崔利富.邹德磊.王振.SUNJiangang.LIDechang.CUILifu.ZOUDelei.WANGZhen非线性隔震立式浮顶储罐双向地震作用分析[期刊论文]-世界地震工程2011,27(2)5.许艳林.赵杰.刘宇.杨金龙铅芯橡胶支座力学性能及应用研究[期刊论文]-中小企业管理与科技2011(7)6.杨海旭.姚建岗.王海飙.YangHaixu.YaoJiangang.WangHaibiao铅芯橡胶隔震桥梁结构的地震反应动力分析[期刊论文]-东北林业大学学报2011,39(6)7.聂晓军.NIEXiaojun大吨位铅芯隔震橡胶支座安装技术[期刊论文]-科技传播2010(8)8.马坤全.MAKun-quan铁路重力式桥墩桥梁抗震性能及抗震措施研究[期刊论文]-铁道学报2000,22(z1)9.李黎.刘文静.胡紫东.LILi.LIUWenjing.HUZidong铅芯橡胶隔震技术在梁式渡槽中的应用[期刊论文]-水电能源科学2010,28(10)10.刘海卿.邵志姣.LIUHaiqing.SHAOZhijiao土-结构相互作用对铅芯橡胶支座隔震效果的影响[期刊论文]-地震工程与工程振动2010,30(3)本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_hndz201102012.aspx