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新型简易隔震技术理论与试验研究

徐凯  
【摘要】:本文提出一种新型简易隔震支座—工程塑料板简易隔震橡胶支座,该支座采用不饱和聚酯纤维加强复合材料板替代普通橡胶隔震支座中的钢板,具有重量轻、造价低、便于运输与施工、适合于低矮村镇建筑等优点。本文基于简易隔震支座进行了以下主要研究工作:(1)基于普通橡胶支座的刚度理论,本文对比分析了简易隔震支座的理论刚度与试验刚度,修正了简易隔震支座的竖向极限面压的公式。简易隔震支座在大变形情况下出现翘曲变形的现象,推导了水平极限变形时支座翘曲变形的位移公式,验证了支座大变形的极限剪应变。(2)研发了多种型号的简易隔震支座,分别采用不同剪切模量的G4和高阻尼的G6橡胶,研发了方形简易隔震以及长宽比例2:1的矩形简易隔震支座。对简易隔震支座进行了系统的压缩特性、水平剪切特性、压应力相关性、剪应变相关性、频率相关性、温度相关性、阻尼特性以及极限性能等力学性能试验。试验结果表明:方形与矩形简易隔震支座均性能稳定,G6型支座竖向刚度与水平刚度均优于G4型支座,普通G4橡胶的简易支座具有一定的阻尼特性,高阻尼G6橡胶的简易支座达到设计要求的阻尼性能。(3)采用ABAQUS建立了简易隔震支座的有限元模型,分析了支座竖向和水平作用时的应力应变状态,对比分析了矩形支座在长短两个方向上不同剪切变形时的应力应变状态。改变支座封板的厚度,探索了封板对支座的性能影响,以及在竖向和水平作用时,对内部橡胶层和板层的应力状态分布的影响;同时也通过改变内部橡胶层与板层厚度,从而改变支座内板层与橡胶层的厚度比,探索板/橡胶层厚比变化对支座的性能影响,以及对内部橡胶层和板层的应力状态分布的影响。(4)现有的隔震结构体系都要求进行专业的隔震设计,但这对于面大量广的村镇隔震结构而言是不现实的,本文根据村镇结构的类型(以砌体结构为主)、层数与当地的设防烈度,场地类别以及隔震性能目标提出基于反应谱法的村镇建筑实用设计方法,给出了简易隔震的设计流程。(5)本文基于简易隔震支座提出了一整套适用于村镇建筑的简易隔震连接构造与施工工艺,以及相应的限位措施。本文提出的这种简易隔震技术经济有效、简单易行,可望在不发达村镇地区普及推广,具有重要的科学理论价值、现实意义与应用前景。


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