考慮豎向力效應(yīng)的疊層橡膠支座力學(xué)模型及隔震結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析.pdf

1、基礎(chǔ)隔震是一種經(jīng)濟(jì)、有效的結(jié)構(gòu)減震技術(shù)，不同于傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法依靠增加結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度“硬抗”的思想，基礎(chǔ)隔震通過(guò)隔震層的設(shè)置，將上部結(jié)構(gòu)和地震運(yùn)動(dòng)解耦，從而阻止地震能量向上部結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)，達(dá)到保護(hù)上部結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部設(shè)施的目的。在近幾次強(qiáng)地震（如：日本阪神地震、中國(guó)汶川地震，等）中，隔震結(jié)構(gòu)經(jīng)受住了考驗(yàn)，表現(xiàn)出良好的減震性能，因而，隔震結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外抗震設(shè)防高烈度地區(qū)得到了較為廣泛的推廣應(yīng)用。
　　橡膠隔震支座由橡膠墊和薄鋼板交替疊合而成

2、，在承受較大豎向荷載的同時(shí)，可以提供結(jié)構(gòu)較低的水平剛度，是應(yīng)用較為廣泛的隔震裝置。目前隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析一般假定橡膠支座屈服后水平剛度為定值，不考慮豎向力變化對(duì)其水平剛度的影響，且假定豎向力沿軸心施加，但是，這與實(shí)際情況并不完全符合。其一：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，豎向力的增加會(huì)降低橡膠支座的水平剛度，當(dāng)豎向力達(dá)到臨界荷載時(shí)，其水平剛度降為零，并且，支座的豎向臨界荷載隨水平位移的增加而降低，這也會(huì)導(dǎo)致其水平剛度隨水平位移的增加而降低，在極限情況下，支

3、座可能受壓屈曲失穩(wěn)；其二：實(shí)際工程中，由于隔震層和上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心和剛度中心的偏移，或者幾何形心的偏移，隔震支座可能受到上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的偏心豎向壓力的作用。為分析橡膠支座在豎向力變化下的力學(xué)性能，已有學(xué)者進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并建立了多種力學(xué)模型，這些模型均能在一定程度上模擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；但是，目前針對(duì)現(xiàn)有模型的建模思路和模擬效果，仍缺少系統(tǒng)的比較分析；并且，對(duì)于橡膠支座在偏心豎向力作用下的力學(xué)性能，目前還未有實(shí)驗(yàn)研究和理論建模。
　　另一方

4、面，由于隔震結(jié)構(gòu)是由隔震支座和上部結(jié)構(gòu)組成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，因而在地震作用下，支座的力學(xué)性能和破壞模式將顯著影響上部結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。而在強(qiáng)地震動(dòng)，特別是近斷層脈沖型地震動(dòng)作用下，隔震層會(huì)發(fā)生較大的變形，此時(shí)，在豎向地震力和上部結(jié)構(gòu)傾覆力矩共同作用下，支座的豎向力會(huì)有較大的變化，這可能導(dǎo)致其水平剛度有較大降低甚至發(fā)生屈曲失穩(wěn)，或者受拉破壞，從而影響其隔震效果，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致隔震結(jié)構(gòu)傾覆。目前進(jìn)行隔震結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析時(shí)，多數(shù)情況下假設(shè)隔震支座的水平

5、和豎向力學(xué)性能互不影響，并且較多關(guān)注上部結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，而對(duì)支座的力學(xué)性能和破壞模式，則較少涉及。
　　有鑒于此，本文首先在前人研究的基礎(chǔ)上，改進(jìn)并提出了可以反映豎向力變化影響的橡膠隔震支座力學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)在近斷層水平—豎向地震聯(lián)合作用下的動(dòng)力響應(yīng)分析。主要工作如下：
　?。?）通過(guò)理論證明，確定了Koh-Kelly力學(xué)模型框架內(nèi)模擬橡膠支座豎向臨界荷載的控制因素為其中轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧和水平彈簧的退化本構(gòu)模型

6、，在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地分析了現(xiàn)有轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧本構(gòu)模型的模擬效果，改進(jìn)了Iizuka轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧本構(gòu)模型，改進(jìn)后的模型可以更為精確地模擬支座的豎向力相關(guān)力學(xué)性能；
　　（2）設(shè)計(jì)并進(jìn)行了橡膠支座在偏壓加載下的循環(huán)壓剪實(shí)驗(yàn)，分析了豎向力偏心對(duì)支座水平力學(xué)性能的影響；基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了一種能夠考慮偏壓加載影響的橡膠支座力學(xué)模型；并且，使用已建立的力學(xué)模型進(jìn)行參數(shù)分析，研究豎向力偏心對(duì)支座水平和豎向力學(xué)性能的影響；
　?。?）基于本文提出的