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《河南大学》 2012年
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劲性橡胶隔震支座的力学性能研究

李连东  
【摘要】:普通橡胶隔震支座和铅芯橡胶隔震支座是建筑隔震结构中的两种主要隔震形式,在我国已有二十多年的发展历史,是目前比较成熟的隔震技术,近年来在建筑结构中得到广泛的应用。但是,随着工程实践和科学试验的增多,它们在取得较好隔震效果的同时,也暴露出一些缺陷:在普通橡胶隔震支座中橡胶材料的使用导致支座的水平刚度和阻尼较小以及地震时水平剪切变形较大;在铅芯橡胶隔震支座中,铅芯的增加虽然提供了较大的阻尼,但是支座的自恢复能力较低,并且铅芯橡胶隔震支座的初始水平刚度较大,约为铅芯屈服后橡胶支座切线刚度的10倍,使其对高频波的滤波效果较差。橡胶隔震支座的拉力主要依靠橡胶和钢板的粘合力,抗拉能力较小,在地震中未知的很大的扭转力作用下是个很“薄弱”的环节,尤其是在强地震中,竖向地震力往往很大,这使得隔震层常有提离现象。 为了弥补普通橡胶隔震支座和铅芯橡胶隔震支座的上述不足,本文提出了一种在橡胶隔震支座中穿插加劲构件的劲性橡胶隔震支座,加劲构件可以提高支座的恢复力和耗能的作用,也可作为二道防线提高了支座的安全可靠性,论文主要通过有限元模拟和模型试验对劲性橡胶隔震支座的力学性能进行分析研究,研究工作和成果主要包括以下几方面: (1)对国内外隔震结构相关研究现状及影响橡胶隔震支座基本力学性能的计算理论做出总结,并指出橡胶隔震支座中所存在的不足,提出了一种新型橡胶隔震支座,即劲性橡胶隔震支座。 (2)对基于小变形的劲性橡胶隔震支座和基于大变形的劲性橡胶隔震支座的竖向刚度进行力学性能分析。在仅受竖向荷载作用下,内插钢筋的两种劲性橡胶隔震支座和普通橡胶支座的竖向刚度基本相同;随着水平剪切变形的增加,由于钢筋的作用,使劲性橡胶隔震支座的竖向刚度有所降低;当内插钢筋直径的增加时,竖向刚度呈降低趋势,但相对与普通橡胶隔震支座总的降低幅度较小,可以忽略不计。 (3)对基于小变形的劲性橡胶隔震支座和普通橡胶隔震支座在竖向荷载和水平剪切变形的共同作用下,两种支座的水平刚度都随着竖向荷载的增加有所降低。对于普通橡胶隔震支座随着水平剪切变形的增大,支座的水平刚度呈减小趋势。对基于小变形的劲性橡胶隔震支座随着水平剪切变形的增大,支座的水平刚度由于钢筋的作用,在变形初期刚度有所增加,当剪切变形较大时,水平刚度呈减小趋势。 (4)对基于大变形的劲性橡胶隔震支座和普通橡胶隔震支座在竖向荷载和水平剪切变形共同作用下,两种支座的水平刚度都随着竖向荷载的增加有所降低。在小剪切变形时(此时钢筋处于松弛状态),劲性橡胶隔震支座与普通橡胶隔震支座的力学性能基本相同;在大的剪切变形时由于钢筋的作用,劲性橡胶隔震支座的水平刚度和水平恢复力有较大的提高,提高了橡胶隔震支座的耗能和抗倾覆性能。 (5)对不同钢筋直径的劲性橡胶隔震支座分别进行了力学性能分析,最后与不加钢筋的普通橡胶隔震支座的分析结果进行对比:在劲性橡胶隔震支座中由于内插钢筋直径的不同,劲性橡胶隔震支座水平刚度和水平恢复力随着钢筋直径的增加而增加,因此可以通过调节钢筋的直径来改变支座的水平刚度和恢复力,进而达到提高劲性橡胶隔震支座隔震效果的目的。 (6)结合以上数值分析研究的基础上,对劲性橡胶隔震支座和普通橡胶隔震支座进行了试验对比研究。根据两种支座的试验结果,对支座工作性能的基本参数,如最大恢复力和水平等效刚度的影响,以及参数的变化规律进行分析研究。证明了劲性橡胶隔震支座可提供较大的水平恢复力和水平刚度,同时也提高了支座的耗能和抗倾覆性能,验证了劲性橡胶隔震支座的优越性。
【学位授予单位】:河南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TU352.12

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