隔震支座力學(xué)模型綜述

(廣州大學(xué)土木工程學(xué)院 廣東 廣州 510006)

一、研究意義

隔震支座對(duì)地震響應(yīng)的抵抗效果，受到很多因素的影響。趙麗潔等提出建筑底部橡膠支座不能承受巨大的轉(zhuǎn)動(dòng)和平移，通過(guò)地震力輸入損壞，橡膠力學(xué)模型呈非線性。M.H.Aghashiri等以儲(chǔ)罐的基礎(chǔ)剪力和壁墻撓度為分析對(duì)象，提出鉛芯橡膠支座與摩擦擺支座相結(jié)合的隔震模型。張子翔研究橡膠隔震支座，需要用精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)力學(xué)模型建立相關(guān)關(guān)系，但支座的豎向剛度與水平剛度之間的耦合關(guān)系不能確定。因此，在隔震支座研究發(fā)展中，有必要對(duì)橡膠隔震支座力學(xué)模型進(jìn)行研究。

本文在隔震支座研究過(guò)程中，針對(duì)不同的隔震難題，列舉了學(xué)者的解決方法。并在不同的建筑物隔震中，提出了適合隔震的支座，進(jìn)行隔震支座力學(xué)模型試驗(yàn)與模擬，結(jié)合學(xué)者得到的結(jié)論，驗(yàn)證得到該力學(xué)模型適合此類建筑的抗震要求。

二、橋梁隔震體系力學(xué)模型

(一)摩擦擺隔震支座力學(xué)模型

目前橋梁支座大都是使用鉛芯橡膠隔震支座，橋梁隔震很少應(yīng)用摩擦擺。當(dāng)外力荷載激勵(lì)作用于橡膠支座，摩擦擺通過(guò)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)周期，降低地震放大系數(shù)，從而使地震輸入能量變小。Paolo M.Calvi等討論了雙曲率和三重摩擦擺的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合歐洲兩個(gè)項(xiàng)目，提出可能出現(xiàn)的軸承上升和豎向加速度問(wèn)題。李冰等對(duì)摩擦擺的力學(xué)模型進(jìn)行等效線性質(zhì)點(diǎn)研究，通過(guò)SAP2000計(jì)算與理論結(jié)果對(duì)比，得到簡(jiǎn)化的力學(xué)模型能夠反映橋梁在真實(shí)地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)，且誤差小于22.6%。

(二)多功能橋梁支座力學(xué)模型

地震發(fā)生后，建筑物會(huì)受到不同程度的損壞，對(duì)于重要通行的橋梁，需要考慮支座的溫差變化、混凝土收縮和徐變產(chǎn)生的應(yīng)力引起的大位移，卓越周期引起的共振。吳宜峰等將聚四氟乙烯-不銹鋼板支座和鉛芯橡膠支座組合設(shè)計(jì)，提出一種多功能隔震支座，結(jié)合ANSYS數(shù)值模擬加載工況，鋼板和橡膠決定支座具有良好的剪切和滑移性能，得到的滯回曲線與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果吻合。

三、建筑隔震體系力學(xué)模型

(一)滑板式支座力學(xué)模型

當(dāng)下部地震波傳遞至隔震層，容易使建筑結(jié)構(gòu)達(dá)到卓越周期。為了不引起整體共振，需設(shè)置滑板式支座，隔震支座滑動(dòng)后隔震層剛度為零，因而能抵抗所有地震波引起的共振效應(yīng)。同時(shí)，滑板摩擦消耗地震能量，使地震力激勵(lì)響應(yīng)衰弱。但滑板支座存在著摩擦力效果降低，上部結(jié)構(gòu)容易傾覆，變形后不能自動(dòng)復(fù)位等問(wèn)題。

(二)普通橡膠、鉛芯橡膠和高阻尼橡膠支座力學(xué)模型

圖(a)的普通橡膠支座采用了多層薄橡膠層，在高溫高壓下硫化形成。圖(b)的鉛芯橡膠隔震支座是在普通橡膠的基礎(chǔ)上，開(kāi)孔后灌注鉛芯材料，提高阻尼性能。雖然普通層疊橡膠與鉛芯橡膠隔震支座的生產(chǎn)與制作趨于成熟，但是強(qiáng)烈的地震力使橡膠層與鋼板分離，需要考慮橡膠粘結(jié)層的使用材料，橡膠老化氧化問(wèn)題。Athanasios A.Markou等提出圖(c)的高阻尼剪切特性模型，依據(jù)阻尼器和彈塑性元件來(lái)描述橡膠剛度和消耗能量等的變化。

圖1 各類橡膠支座分析模型

四、結(jié)語(yǔ)

隔震支座力學(xué)模型的分析需要結(jié)合實(shí)際的建筑類型、不同材料性能的相關(guān)性和施工工藝等問(wèn)題。地震力的評(píng)估指標(biāo)和響應(yīng)技術(shù)，需要根據(jù)支座力學(xué)模型來(lái)分析。隨著建筑功能的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的隔震支座滿足不了高層和大跨度建筑的抗震要求，需要設(shè)計(jì)新型的隔震支座，研究復(fù)雜建筑的力學(xué)模型。對(duì)于高阻尼、多功能、易施工、便于安裝的隔震支座，其力學(xué)模型需要有待進(jìn)一步研究和分析。