橡胶隔震支座力学性能及隔震结构地震反应分析研究

《橡胶隔震支座力学性能及隔震结构地震反应分析研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、北京工业大学博士学位论文橡胶隔震支座力学性能及隔震结构地震反应分析研究姓名：刘文光申请学位级别：博士专业：结构工程指导教师：霍达;闫维明2003.4.1北京工业大学工学博士学位论文度应力应变模型，用于评价橡胶隔震支座在非线性拉伸变形领域的力学特性。根据新提出的刚度和应力应变计算模型，建立了单纯拉伸和剪切变形状态下橡胶隔震支座拉伸的变形计算理论。在压缩特性和拉伸特性相关理论的基础上，研究了橡胶隔震支座零剪切应变状态转动刚度特性，同时还提出了剪切应变状态下的非线性回转刚度计算式。基于Haringx弹性体理论，将剪切应变特性相关的非线性回转刚度引入了橡胶隔震支座压缩、回转和剪切共同作

2、用的计算模型。橡胶隔震支座应用基础理论的研究最后探讨了竖向压缩界限、竖向拉伸界限和屈曲特性等理论和试验评价方法。针对上述新提出的橡胶隔震支座应用基础理论，系统地进行了压缩特性、拉伸特性、剪切特性、回转特性和屈曲特性等力学性能研究。压缩刚度特性试验采用了12个大直径的试验体完成了压缩刚度因子、原点压缩刚度、纯压缩变形等试验研究；偏压竖向刚度试验采用4个试验体测定了隔震支座的偏压竖向刚度、压缩剪切状态的竖向变形等特性；拉伸刚度和变形试验采用2个试验体系统地评价了提出的原点拉伸刚度、偏拉竖向刚度、双刚度应力应变模型和原点拉伸刚度应力应变模型等特性，并将试验得到的刚度和变形数值与计算结

3、果进行了比较分析，结果显示实测值和计算值一致性较理想。回转刚度特性试验研究分无剪切应变的压缩回转刚度特性试验研究和剪切变形状态下的回转刚度特性试验研究，无剪切应变的压缩回转刚度特性试验结果显示本论文提出的拉伸刚度和拉伸体积弹性模量等概念和取值是合适的。针对非基础隔震结构体系隔震支座可能存在回转的特点，完成了变动竖向压力和变动回转角状态下橡胶隔震支座水平有效刚度和阻尼等特性随剪切变形的变化规律，给出了隔震结构动力反应分析时隔震支座刚度和阻尼等力学特性的取值范围。隔震技术在高层、超高层隔震结构体系、以及塔型隔震结构体系中的应用是近年的发展方向。本论文完成了高宽比5．0的大高宽比基础

4、隔震结构模型的地震模拟振动台试验，隔震层采用纯铅芯橡胶隔震支座、中弹性天然橡胶隔震支座加油阻尼器、低弹性天然橡胶隔震支座加油阻尼器等三种类型。振动台试验结果表明：大高宽比隔震结构体系仍具有良好的隔震效果，相对于输入地震波最大加速度输入，上部结构的加速度反应放大现象不明显；在水平向地震波作用下，在规范规定的最大输入加速度作用下隔震层不会进入拉伸应力状态：试验观测到隔震层的变形、上部结构的最大加速度反应随输入加速度的增加近似呈线性规律变化：与小高宽比隔震结构相比，大高宽比隔震结构上部结构的层剪力系数呈非线性增加趋势。在大高宽比隔震结构模型振动台试验的基础上，基于提出的橡胶隔震支座偏

5、压竖向刚度建立了大高宽比隔震结构剪切加回转的多质点体系计算模型。这种计算模型的转动刚度是根据橡胶隔震支座的竖向刚度建立的，并能够考虑剪切变形的增加对竖向刚度的影响特性，即隔震层转动刚度是按偏压竖向刚度建立的。利用新建立的计算模型，采用时程分析法对大高宽比隔震结构模型进行了地震反应分析，计算得摘要到的最大加速度反应、隔震层最大位移反应、上部结构层间变形和层剪力系数等与振动台实测结果取得了良好的一致性。这种计算模型不仅适合单纯采用铅芯橡胶隔震支座作为隔震层的大高宽比隔震结构，同时也适用于天然橡胶隔震支座和阻尼器组合隔震层的隔震结构体系。本论文不仅提出了适用于时程分析法的多质点体系计

6、算模型，同时还提出了分析大高宽比隔震结构体系的单质点、2质点和3质点简化计算模型，用于分析隔震结构的地震反应。提出的简化计算模型适合于各种高宽比隔震结构体系的地震反应分析。由于单质点、2质点和3质点简化计算模型属于剪切型计算模型，本论文定义了高宽比影响系数的概念，并通过高宽比影响系数来修正隔震结构的层剪力系数，提高简化计算模型具有较理想的计算精度，使其具有了在实际工程设计计算中应用的可行性。基于隔震结构地震反应分析的简化计算模型，提出了最大加速度反应、隔震层最大位移反应、层剪力系数和层间变形等分析预测理论。本论文最后应用提出的多质点体系剪切加转动计算模型完成了一栋上部结构22层

7、、高宽比为5．01的大高宽比高层隔震结构地震反应分析，计算结果显示隔震效果良好。此外，针对同一工程，利用建立的单质点、2质点和3质点简化计算模型采用振型分解反应谱法进行了地震反应分析，经高宽比影响系数修正后的计算结果和时程分析法计算得到的结果吻合，说明基于简化剪切计算模型得到的地震反应分析结果具有足够的解析精度。鉴于简化计算模型仅为单质点、2质点或3质点体系，其计算量相当小，并且计算方法属于规范规定的计算方法，仅通过高宽比修正系数修正层剪力系数，因此简化计算方法是一种适合工程设计人员使用的方