橡胶隔震支座拉伸力学性能试验及工程应用研究

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近年来,结构隔震技术在工程界得到了广泛的关注与应用,尤其是汶川地震以后,橡胶隔震结构大量出现,其中不乏高层和复杂超限结构。本文总结了国内外近几十年来应用最广泛的橡胶隔震支座力学性能及工程应用现状,着重对橡胶隔震支座拉伸性能进行研究分析,主要工作包括以下几个方面:  首先,对橡胶隔震支座进行了竖向拉伸性能试验研究。为了研究不同剪切应变下,建筑橡胶隔震支座的竖向拉伸性能,进行了两组直径800mm的天然橡胶隔震支座和铅芯橡胶隔震支座原点拉伸和定剪切拉伸试验以及极限拉伸试验,分析了橡胶隔震支座在不同剪切应变下的初始刚度、屈服刚度和屈服应力以及极限拉伸性能(极限应力、极限应变)。  其次,在宏观上定量分析了橡胶隔震支座的拉伸性能,建立了橡胶隔震支座整体双弹簧拉伸刚度分析模型,根据支座的剪切和拉伸几何变形条件,推导了橡胶隔震支座拉伸刚度理论计算公式。根据推导结果对支座拉伸刚度变化规律进行了分析,并与abaqus有限元数值模型、支座拉伸试验进行了对比,结果表明,本文计算公式可以较好地分析不同直径叠层橡胶隔震支座拉伸刚度定量变化。  然后,在微观上对橡胶隔震支座的竖向拉伸性能进行了理论分析和数值模拟。先基于弹性力学理论,建立了隔震支座橡胶夹层的受拉分析模型,根据橡胶夹层的约束边界条件及材料的不可压缩性质,推导了橡胶夹层的应力与位移分布简化计算公式。根据推导结果对橡胶夹层的应力分布与变形规律(如橡胶层内外自由边的变形形状)进行了理论分析,与有限元数值模型进行了对比验证,分析了不同形状系数的隔震支座橡胶夹层的应力分布与变形规律。随后采用开裂能理论进一步研究了橡胶夹层的开裂能密度及梯度分布,分析了橡胶夹层的开裂发生与发展规律,揭示了橡胶隔震支座的拉伸开裂破坏机理。  最后,对橡胶隔震支座工程应用进行了有限元模拟分析计算。利用有限元设计与分析软件ETABS,对某框剪结构按橡胶隔震结构设计进行分析与验算;进一步通过修正橡胶隔震支座宏观模型单元来考虑不同拉伸刚度模型,从而建立了不同竖向拉伸刚度隔震分析模型,对比了各隔震模型的减震效果,总结了修正后模型的优势,有利于橡胶隔震支座在高层隔震结构和复杂超限隔震结构的应用。
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