【摘 要】
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基础隔震技术是通过在建筑结构基础顶面和上部结构之间设置隔震装置,从而使结构的自振周期得到延长,避开地震动的主要频率范围,减小甚至阻隔部分地震能量向结构上部传递,以达到保护上部建筑结构安全的目的。在以往的地震中,基础隔震结构已经过大量的隔震效果检验,并在国内外得到了广泛的应用。经过数十年的发展,众多学者对基础隔震技术开展了广泛的研究,各式各样的隔震装置相继出现,其中铅芯橡胶隔震支座以其构造简单且性能
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基础隔震技术是通过在建筑结构基础顶面和上部结构之间设置隔震装置,从而使结构的自振周期得到延长,避开地震动的主要频率范围,减小甚至阻隔部分地震能量向结构上部传递,以达到保护上部建筑结构安全的目的。在以往的地震中,基础隔震结构已经过大量的隔震效果检验,并在国内外得到了广泛的应用。经过数十年的发展,众多学者对基础隔震技术开展了广泛的研究,各式各样的隔震装置相继出现,其中铅芯橡胶隔震支座以其构造简单且性能稳定的优势成为了隔震体系的主流之选。在地震作用下,铅芯橡胶隔震支座不仅可以延长结构的自振周期,还可通过铅芯的变形耗散地震能量,进一步降低结构破坏,是目前结构工程中使用较多的一种隔震装置。但同时也存在铅芯材料由于滞回温变导致铅芯塑性快速发展而引起的铅芯橡胶支座刚度随之快速降低的问题,而受目前国内压剪试验机加载能力的限制,这种因强烈地震作用下高速度大变形引起的滞回温变效应所带来的刚度退化问题被严重低估,在实际设计中被忽略不计,给铅芯橡胶支座隔震技术的应用埋下了隐患。围绕这一问题,本文在众多学者研究的基础上开展了探索性研究,主要工作如下:1.首先介绍了国内外隔震结构的发展、常用隔震支座的材料构成和隔震原理以及国内外橡胶隔震支座温度相关性的研究进展。2.以工程中常用的天然和铅芯橡胶支座为研究对象,在常温条件下采用不同加载频率与加载幅值对隔震橡胶支座进行一系列压剪试验,提出了摩擦力和惯性力对剪力的修正方法,探究了压剪试验加载频率与幅值变化对支座内部温度以及两种支座各项力学性能的影响规律。随加载频率的增大,支座内部温度上升越为明显,其中在最大加载频率为0.67Hz时,天然与铅芯支座在前三圈循环下的升温幅度分别为5.24%和29.98%;加载幅值从25%增大至250%,隔震支座水平等效刚度和屈服后刚度的最大下降幅度分别为67%和55%,特征强度的增长幅度范围为64%至188%,且天然与铅芯支座耗能约增加15至26倍;此外,铅芯支座的内部温度上升幅度和各项力学性能均明显高于天然支座,但随着加载进行,铅芯支座的特征强度出现了更为明显的刚度退化,在前三圈循环加载中天然与铅芯支座的特征强度分别退化了3.34%和12.2%。3.在试验结果的基础上,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对铅芯橡胶支座的拟静力加载试验工况进行模拟,模拟过程中考虑了铅芯力学参数与温度之间的动态变化。利用ANSYS进行显式有限元分析可以较好地模拟出铅芯橡胶支座在不同水平剪切变形下的滞回曲线;加载过程中铅芯橡胶支座的剪切变形越大,其铅芯温度的变化幅度和升温速率也越大,并且铅芯温度变化与支座剪切变形之间呈正相关;加载过程中,大剪切变形下支座内部铅芯温度变化对支座各项力学性能的影响更加明显。4.从单质点隔震体系的简化模型出发,输入不同持时和PGA的地震动记录,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对铅芯橡胶支座进行动力响应分析,对比考虑支座温变效应后,隔震支座水平相对位移、加速度、顶底板间剪力峰值以及结构自振周期变化幅度,得到了不同类型地震动作用下支座温变效应对其各项性能的影响效果。在考虑支座温变效应后,由于铅芯升温所导致的支座水平刚度下降,不仅能够降低基础隔震结构的加速度响应,增大支座水平向加速度的隔震率,降低支座的层间剪力峰值,但同时也进一步增大了隔震层位移,使得隔震层侧向变形存在超设计位移风险。
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