高阻尼橡膠隔震支座速度相關性力學模型的理論與試驗研究.pdf

1、隔震技術是目前被廣泛應用的一種減震手段，1995年日本阪神地震、我國2008年汶川地震以及2013年蘆山地震已經證明了隔震技術能有效提高結構的抗震性能。在各類隔震裝置中，疊層橡膠隔震支座的應用數(shù)量最多。在過去的數(shù)十年中，疊層橡膠隔震支座主要包括兩類，即天然橡膠隔震支座和鉛芯橡膠隔震支座，近年來，出現(xiàn)了一種新型的高阻尼橡膠隔震支座。這種支座在橡膠中加入了高阻尼添加劑，從而使支座具有良好的耗能性能，能顯著增加結構阻尼和延長結構周期，在提高結

2、構抗震性能的同時避免了對環(huán)境造成污染。因此高阻尼橡膠隔震支座受到各國研究者的高度重視，并且已經在國內外重大工程中得到應用。
　　高阻尼橡膠隔震支座具有很強的非線性和速度相關性，傳統(tǒng)的本構模型很難準確模擬這種力學特性。本文從材料層次的高阻尼橡膠特性出發(fā)，通過理論分析、試驗驗證和數(shù)值模擬，逐漸上升到構件和結構層次，提出了高阻尼橡膠隔震支座的速度相關性本構模型，定量分析了支座的速度相關性對隔震結構地震響應的影響。論文主要包含以下五個方面

3、的工作：
　?。?）從高阻尼橡膠的材料特性著手，基于連續(xù)介質力學的超彈性和粘彈性理論，提出了考慮速度相關性的高阻尼橡膠隔震支座本構模型RDCM（Rate-Dependent Constitutive Model）。該模型有兩個超彈性彈簧單元和一個非線性變阻尼單元，將高阻尼橡膠隔震支座的總應力分為速度相關和速度無關兩部分，能夠準確模擬高阻尼橡膠隔震支座的速度相關性力學行為。
　?。?）以高阻尼橡膠隔震支座速度相關性本構模型（R

4、DCM）為基礎，以橡膠材料為紐帶，完成了天然橡膠和超高阻尼橡膠的多步松弛試驗和循環(huán)剪切試驗，建立了天然橡膠支座、高阻尼橡膠支座和超高阻尼橡膠支座這三種橡膠隔震支座統(tǒng)一的速度相關性本構模型GRDCM（Generalized Rate-Dependent Constitutive Model）。
　?。?）從硬件和控制方法兩個角度對傳統(tǒng)的實時子結構試驗系統(tǒng)進行改進，借助基于速度控制的實時子結構試驗系統(tǒng)，定量分析了三種橡膠隔震支座的速度

5、相關性對隔震橋梁地震響應的影響。
　?。?）基于本文提出的速度相關性本構模型和傳統(tǒng)的速度無關性模型，采用數(shù)值方法模擬了隔震橋梁的實時子結構試驗結果，揭示了考慮速度相關性的支座力學模型在隔震結構動力時程分析中的必要性，同時驗證了本文模型的準確性。
　?。?）在高阻尼橡膠隔震支座速度相關性本構模型的基礎上，進一步考慮了豎向壓力對隔震支座速度相關性的影響，建立了適用于隔震建筑的且綜合考慮豎向壓力和速度相關性的高阻尼橡膠隔震支座力學