建筑隔震橡胶支座耐火性能和防火保护研究

隔震建筑是近三十年在我国大力发展的新型建筑结构形式.隔震橡胶支座为隔震建筑的重要组成部分,其与承重构件构成基础或层间隔震结构,可降低地震对建筑物的损坏.建筑隔震橡胶支座由钢板和橡胶叠合而成,橡胶为有机材料,所以其支座的持荷能力受温度影响较大.由于隔震支座通常位于柱端部或中部,其为结构关键的承重构件,因此对支座进行耐火性能及防火保护研究十分必要.针对建筑隔震橡胶支座耐火性能,按照《建筑构件耐火试验方法第7部分:柱的特殊要求》(GB/T 9978.7—2008)进行无防火保护支座承重耐火性能试验研究,同时进行数值分析,得到直径为520 mm的隔震橡胶支座的耐火极限时间82 min和耐火极限承载力,并通过极限承载力分析得到无防火保护支座满足耐火性能180 min的尺寸阈值为1 000 mm;针对隔震橡胶支座防火保护措施,考虑支座的可动性以及工程适用性,设计两段式组合防火保护方案和柔性防火保护方案,并按照《建筑构件耐火试验方法第1部分:通用要求》(GB/T9978.1—2008)进行非承载的耐火试验研究和相应的数值分析,结果得到两种可动式防火保护方案均满足耐火性能180 min并且隔热性满足支座内部温度均小于橡胶保持力学性能高温阈值150℃的要求.     

基于生物启发的新型隔震系统设计与可应用性研究

目的对典型框架结构进行隔震设计,验证基于生物启发的新型被动基础(BIO)隔震系统在工程中的应用.方法基于ETABS数值模型,利用ETABS软件中自带的Multi-Linear Elastic单元和Plastic(Wen)单元组合形成新型BIO模拟单元.并与传统线性隔震进行对比.结果组合BIO单元能够较好地模拟BIO元件的力学行为和耗能特征.隔震结构的周期延长为未隔震结构的3.7倍左右,水平减震系数可达到0.29.BIO隔震系统在罕遇地震下支座最大位移为219 mm,小于支座位移限值350mm.对于基底剪力的改善比例在10%~25%,对于隔震层位移的改善比例在10%~25%.BIO隔震系统能够较好地满足《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)的要求.结论 BIO隔震系统与传统线性隔震系统相比,具有更好的耗能能力,能够有效地降低基底剪力,同时减小隔震层位移.     

铅芯橡胶隔震支座火灾中温度场及其火灾后力学性能的数值模拟

为研究火灾不同的时长对铅芯橡胶隔震支座温度场和力学性能的影响,采用ABAQUS进行有限元分析,利用国内外学者所做的铅芯橡胶隔震支座足尺模型试件参数信息,开展火灾温度场数值模拟.结果表明:火灾发生时,直接受到温度荷载作用的铅芯橡胶支座表面温度增加迅速,温度由外到里依次递减;火灾发生后,铅芯橡胶支座的竖向刚度和等效水平刚度受火灾作用时长的影响较为显著,并随着火灾发生时长的增加而逐渐降低;铅芯橡胶隔震支座保护层对减缓其耐火性能的衰减发挥着重要作用.     

小型叠层橡胶支座的力学性能相关性

由于振动台使用的小型橡胶支座的尺寸并非同比例缩尺,与GB/T 20688.3—2006中的支座规格相差较远,需对其力学性能进行试验研究.文章对6个小型叠层橡胶支座的压缩和剪切性能进行研究,结果表明:GB/T 20688.3—2006中关于叠层橡胶支座竖向压缩刚度的计算方法不适用于小型缩尺橡胶支座,而剪切刚度的计算方法具有一定的参考性.因此,在振动台隔震试验前需对支座刚度进行测验,选取刚度较为接近的支座进行后续试验.压缩刚度的离散性造成的不均匀沉降极小,应优先考虑实测剪切刚度相近的支座.     

劲性橡胶隔震支座的力学性能试验研究

对不同钢筋直径的劲性橡胶隔震支座与普通橡胶隔震支座进行对比试验研究,分析了支座的竖向刚度、水平等效刚度、最大水平恢复力等特征参数与水平剪切变形、竖向压应力的关系.结果表明,劲性橡胶隔震支座相对于普通橡胶隔震支座其水平等效刚度和耗能能力有较大的提高,加劲构件提高了橡胶隔震支座的抗倾覆性能和安全可靠性,改变钢筋的直径可调节劲性橡胶隔震支座的隔震效果.     

新型隔震支座抗拉装置的研究

为了解决叠层橡胶支座的抗拉能力低的问题,对一种新型叠层橡胶隔震支座抗拉装置进行了设计和分析,给出了该抗拉装置的构造及尺寸,并提出了该装置的力-变形关系,通过有限元软件etabs模拟该装置,并采用时程分析,在一个实际的13层隔震结构中分析对比了使用抗拉装置和未使用抗拉装置的情况,结果表明该装置可有效减小隔震支座的受拉破坏。     

大尺寸隔震橡胶支座内部钢板最大应力的影响因素分析(英文)

采用有限元方法对直径为1 500 mm隔震橡胶支座内部钢板最大应力影响因素进行分析研究,提出了相应修正计算公式.影响因素包括支座内部孔洞的大小、单层内部橡胶与钢板厚度之比(tr/ts)、内部橡胶剪切模量(G)、支座第1形状系数(S1)以及支座外保护层厚度.研究对象包括建筑及桥梁用隔震橡胶支座,荷载方法采用单向竖向加载及压剪荷载.研究结果表明,支座内部孔洞大小、tr/ts、S1对内部钢板最大应力影响较大,而G值及保护层厚度对其影响很小.提出了考虑S1影响、用以计算支座内部钢板最大应力的修正理论计算公式,并与有限元计算结果进行了对比,对比结果表明,无论是S1大的建筑隔震橡胶支座还是S1小的桥梁隔震橡胶支座,两者吻合较好.     

纤维增强橡胶支座力学性能与应用

为了充分掌握纤维增强橡胶支座的发展现状,回顾总结了20年来国内外纤维增强橡胶支座的研究进展.根据支座形式,从无黏结、有黏结与其他形式等3个方面,系统概括了纤维增强橡胶支座力学性能的理论推导、试验与数值模拟研究,并且进一步综述了目前纤维增强橡胶支座在液体储罐、建筑结构、桥梁结构中的工程应用研究成果.研究结果表明,纤维增强橡胶支座具有足够的竖向刚度、较低的水平刚度以及优异的滞回耗能能力,将其应用于工程结构中可取得良好的减隔震效率.最后,根据支座现有的研究基础,提出了有关纤维增强橡胶支座水平刚度的理论推导、抗老化性能、防火性能以及支座标准化生产与设计方法等需要继续探索的若干问题.     

隔震桥梁地震反应速度控制型实时子结构试验

研究速度控制型实时子结构拟动力试验系统,并通过试验直接考察在地震中天然橡胶支座(NR)、高阻尼隔震橡胶支座(HDR)和超高阻尼隔震橡胶支座(HDR-S)等速度相关型隔震支座对桥梁的减隔震效果.速度控制型实时子结构拟动力试验系统实现实时子结构试验的速度控制,在试验过程中充分地考虑到加载速度对拟动力试验结果的影响,高精度地模拟了隔震桥梁的地震反应.试验结果证明,对于速度相关型试验试件这种试验系统拥有足够的精度.通过对比3种不同隔震橡胶支座的试验结果,证明了超高阻尼隔震橡胶支座对隔震桥梁结构具有优良的隔震减震效果.     

基于敏感度分析方法的拱状橡胶三向隔震支座竖向刚度研究

为了更好地实现博物馆文物储藏柜在地震中的安全防护,设计了一种橡胶减隔震装置——拱状橡胶三向隔震支座。通过竖向压缩试验验证有限元模型有效性,利用正交设计进行多工况有限元模拟计算,研究影响支座竖向压缩刚度的因素,结合影响因素的敏感度分析支座内部圆拱橡胶的镂空尺寸对竖向压缩刚度的影响规律。结果表明：拱状橡胶三向隔震支座具有稳定的压缩性能和良好的竖向承载力;在材料属性和整体尺寸不变的基础上,通过敏感度大小进行分析,将3个影响因素小的尺寸参数进行整合,得到尺寸参数和竖向镂空系数是影响竖向压缩刚度的主要参数,并进行了样本数据拟合,得到了拱状橡胶三向隔震支座竖向压缩刚度的拟合计算公式。     

高G值铅芯隔震橡胶支座水平性能的反复加载次数相关性试验研究

铅芯隔震橡胶支座被广泛应用于建筑隔震、桥梁隔震及特别重要结构隔震中,以保护其在地震时免遭破坏。在地震多发地带,上述隔震结构会经常遭遇地震作用。支座反复加载试验是用来模拟支座较长时间地震作用时其力学性能随加载圈数增加而变化的情况。采用三种较高G值的铅芯隔震橡胶支座,试验研究了不同加载频率、温度、竖向压力、水平应变对其反复加载规律的影响。探讨了支座在反复加载前后不同时间其基本抗震力学性能的变化情况。给出了高G值铅芯支座在标准温度下力学参数的反复加载变化情况的拟合公式。     

采用GFRP橡胶隔震技术的某砌体结构动力响应分析

由于近年来几次地震对中国大陆村镇房屋造成严重震害,适合村镇砌体房屋的低造价隔震技术引起广泛关注,对此开展玻璃纤维增强复合材料(GFRP)隔震技术的研究,完成GFRP橡胶隔震支座的基本力学性能试验研究.隔震支座压剪试验结果显示,GFRP橡胶隔震支座的滞回性能良好.建立村镇典型砌体结构基础隔震的计算模型,采用《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)所规定的隔震设计计算方法,以汶川灾区一座典型砌体结构房屋为对象,研究地震作用下采用GFRP橡胶隔震支座的基础隔震结构的动力响应,研究结果显示在地震作用下隔震房屋响应的加速度峰值明显减少,因此,GFRP隔震技术的隔震和减震效果显著.     

厚层橡胶隔震支座基本力学性能试验

为了研究厚层橡胶隔震支座的水平和竖向基本力学性能,设计2种不同形状系数的厚层橡胶支座,通过水平剪切和竖向压缩试验研究,对比分析在不同振幅、不同频率组合下的普遍橡胶支座、铅芯橡胶支座及厚层橡胶隔震支座基本力学性能.试验结果表明,厚层橡胶隔震支座在水平方向的基本力学性能良好,在竖向具有大变形能力,竖向刚度、变形特性及水平剪...     

橡胶隔震支座疲劳试验研究

利用自行建立的疲劳试验系统，以国产Ф160mm橡胶隔震支座为研究对象，测试了支座在竖向10万次循环荷载作用下竖向变形和竖向刚度的变化，以确定支座的耐久性性能，结果表明：国产橡胶隔震支座疲劳性能稳定，符合规范规定的性能要求．     

纤维橡胶隔震结构模拟地震振动台试验研究及仿真分析

研究开发了一种适用于广大村镇砌体房屋的低造价新型隔震装置——纤维橡胶隔震支座.设计制作了采用纤维橡胶隔震支座装置的村镇砌体房屋模型(比例为1/2),与同比例的非隔震砌体房屋模型进行对比模拟地震振动台试验研究分析,并且采用SAP2000有限元软件对试验模型进行了模态分析和非线性时程分析,对比研究了隔震和非隔震两种结构体系在7度、8度、9度地震作用下的抗震能力.试验结果表明:采用纤维橡胶隔震支座装置的村镇砌体房屋模型在经历9度地震后,房屋完好无损,而非隔震砌体房屋模型在9度地震作用下,结构出现了贯通裂缝,损破严重.     

探讨采用摩擦摆支座的隔震结构设计

隔震建筑与普通建筑物相比具有不同的特点,因此,在建筑设计及日常维护中需要从隔震支座选取、设计方法、竣工检查事项、定期检查、应急检查等方面入手加强管理.首先,应根据建筑物高宽比、平面规则性等特点对隔震支座加以选取,通过对摩擦摆隔震支座与铅芯橡胶支座性能对比,摩擦摆隔震支座具有更加良好的稳定性和可靠性,因此在隔震建筑中推荐使用摩擦摆隔震支座;其次,通过对现有隔震设计方法的描述,针对设置摩擦摆隔震支座的隔震建筑,一般应采用隔震建筑的直接设计法,并以一个六层框架结构办公楼为例进行了仿真分析;最后,提出竣工验收及日常维护注意事项,以保证隔震建筑在地震来临时能够正常运行.     

隔震设计中铅芯橡胶支座(LRB)屈服前刚度取值的研究

运用ETABS建立隔震结构的有限元模型,对铅芯隔震橡胶支座屈服前刚度不同取值的隔震结构进行了时程分析,通过对比分析,给出了隔震设计中的铅芯隔震橡胶支座屈服前刚度取值的合理建议.     

多层框架结构基础隔震有限元分析

以一幢8层框架结构的隔震建筑和传统抗震设计建筑的抗震效果进行分析对比,应用ABUQUS软件建立框架计算模型,分别采用普通叠层橡胶支座(RB)和铅芯橡胶支座(LRB)作为隔震装置的基础隔震2种隔震抗震方案,对其框架结构模型的底部输入E-l centro形地震波.分析结果表明,RB方案与LRB方案的抗震效果均优于传统方案,且RB方案抗震效果略好于LRB方案.     

橡胶隔震支座建筑隔震层位移幅值分析

对橡胶隔震支座建筑采用多质点层间等效剪切模型,通过动力时程分析,研究了影响隔震层位移幅值变化的各种因素·结果表明,场地类别,地震烈度,隔震后结构基本周期,隔震层等效阻尼比是影响位移幅值的主要因素,隔震建筑在一类场地上位移幅值最小,通过调整隔震层的等效阻尼比可以有效控制位移幅值·建造在一,二和三类场地上的低层和多层规则型橡胶隔震支座建筑,通过对大量动力分析结果采用多元回归分析方法,得出罕遇地震作用下隔震层位移幅值简化计算公式,精度满足工程设计的要求·     

金属橡胶支座力学性能试验

为测试金属橡胶支座的力学性能是否满足桥梁支座使用要求,分别通过压缩试验、转动试验和振动台试验对金属橡胶支座的力学性能展开研究。通过压缩试验获得不同荷载下支座的竖向力-位移关系曲线,基于MATLAB平台对支座应力-应变关系曲线拟合后求导,得到支座的切线模量,构造出切线模量的数学表达式,并以此为基础推导出支座竖向刚度-竖向力的计算公式;考虑支座竖向应力,对金属橡胶支座进行转动性能试验,获得支座的转动力矩-转角关系曲线;对采用金属橡胶支座的桥梁模型进行振动台试验,得到模型各主要测点的位移和加速度,并与采用尺寸接近的板式橡胶支座桥梁模型振动台试验结果进行比较。研究结果表明:金属橡胶支座竖向力-位移关系曲线具有明显的非线性特征,金属橡胶支座的竖向承载力可以满足中小跨径公路桥梁支座的使用要求;支座的切线模量与应力为近似线性函数关系,以此为基础推导出支座刚度公式计算结果与试验结果吻合较好,提出的刚度计算公式在金属橡胶支座的初步设计时可以用来确定支座关键技术参数;转动刚度与其设计应力成线性关系,在支座设计及桥梁设计计算时需考虑竖向应力对支座转动刚度的影响;金属橡胶支座具有良好的减、隔震性能。