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、有效的結(jié)構(gòu)減震技術(shù)，不同于傳統(tǒng)抗震設(shè)計方法依靠增加結(jié)構(gòu)剛度、強度“硬抗”的思想，基礎(chǔ)隔震通過隔震層的設(shè)置，將上部結(jié)構(gòu)和地震運動解耦，從而阻止地震能量向上部結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)，達到保護上部結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部設(shè)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(jié)構(gòu)經(jīng)受住了考驗，表現(xiàn)出良好的減震性能，因而，隔震結(jié)構(gòu)在國內(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，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(jié)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(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)者進行了實驗研究，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(xué)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(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)的動力響應(yīng)。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(jié)構(gòu)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(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，嚴重時導(dǎo)致隔震結(jié)構(gòu)傾覆。目前進行隔震結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析時，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)的動力響應(yīng)，而對支座的力學(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)合作用下的動力響應(yīng)分析。主要工作如下：
　?。?）通過理論證明，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)動彈簧本構(gòu)模型的模擬效果，改進了Iizuka轉(zhuǎn)動彈簧本構(gòu)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(guān)力學(xué)性能；
　?。?）設(shè)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(xué)性能的影響；基于實驗結(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)模型進行參數(shù)分析，研究豎向力偏心對支座水平和豎向力學(xué)性能的影響；
　　（3）基于本文提出的