考慮豎向力效應的疊層橡膠支座力學模型及隔震結構地震響應分析.pdf

1、基礎隔震是一種經濟、有效的結構減震技術，不同于傳統(tǒng)抗震設計方法依靠增加結構剛度、強度“硬抗”的思想，基礎隔震通過隔震層的設置，將上部結構和地震運動解耦，從而阻止地震能量向上部結構的傳導，達到保護上部結構及其內部設施的目的。在近幾次強地震（如：日本阪神地震、中國汶川地震，等）中，隔震結構經受住了考驗，表現(xiàn)出良好的減震性能，因而，隔震結構在國內外抗震設防高烈度地區(qū)得到了較為廣泛的推廣應用。
　　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，可以提供結構較低的水平剛度，是應用較為廣泛的隔震裝置。目前隔震結構設計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其水平剛度的影響，且假定豎向力沿軸心施加，但是，這與實際情況并不完全符合。其一：實驗結果表明，豎向力的增加會降低橡膠支座的水平剛度，當豎向力達到臨界荷載時，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，這也會導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：實際工程中，由于隔震層和上部結構質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構傳來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性能，已有學者進行了實驗研究，并建立了多種力學模型，這些模型均能在一定程度上模擬實驗現(xiàn)象；但是，目前針對現(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，對于橡膠支座在偏心豎向力作用下的力學性能，目前還未有實驗研究和理論建模。
　　另一方

4、面，由于隔震結構是由隔震支座和上部結構組成的串聯(lián)結構，因而在地震作用下，支座的力學性能和破壞模式將顯著影響上部結構的動力響應。而在強地震動，特別是近斷層脈沖型地震動作用下，隔震層會發(fā)生較大的變形，此時，在豎向地震力和上部結構傾覆力矩共同作用下，支座的豎向力會有較大的變化，這可能導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，嚴重時導致隔震結構傾覆。目前進行隔震結構的地震響應分析時，多數(shù)情況下假設隔震支座的水平

5、和豎向力學性能互不影響，并且較多關注上部結構的動力響應，而對支座的力學性能和破壞模式，則較少涉及。
　　有鑒于此，本文首先在前人研究的基礎上，改進并提出了可以反映豎向力變化影響的橡膠隔震支座力學模型，在此基礎上，進行了基礎隔震結構在近斷層水平—豎向地震聯(lián)合作用下的動力響應分析。主要工作如下：
　　（1）通過理論證明，確定了Koh-Kelly力學模型框架內模擬橡膠支座豎向臨界荷載的控制因素為其中轉動彈簧和水平彈簧的退化本構模型

6、，在此基礎上，系統(tǒng)地分析了現(xiàn)有轉動彈簧本構模型的模擬效果，改進了Iizuka轉動彈簧本構模型，改進后的模型可以更為精確地模擬支座的豎向力相關力學性能；
　　（2）設計并進行了橡膠支座在偏壓加載下的循環(huán)壓剪實驗，分析了豎向力偏心對支座水平力學性能的影響；基于實驗結果，提出了一種能夠考慮偏壓加載影響的橡膠支座力學模型；并且，使用已建立的力學模型進行參數(shù)分析，研究豎向力偏心對支座水平和豎向力學性能的影響；
　?。?）基于本文提出的