基礎(chǔ)隔震模型中鉛芯橡膠支座性能試驗研究

基礎(chǔ)隔震模型中鉛芯橡膠支座性能試驗研究

一、合成隔震建筑合成支架性能試驗防雨窗由橡膠及其組合材料組成。這些材料的特性隨著時間、溫度、加載時間、適應(yīng)性速度和速度等因素的變化而顯著變化。迄今為止隔震房屋的設(shè)計者對材料特性的變化及其對隔震系統(tǒng)性能的影響重視不夠。由于隔震房屋的震害經(jīng)驗較少,有關(guān)的設(shè)計規(guī)范、規(guī)程還不夠成熟,因此試驗便成為保證隔震房屋設(shè)計安全可靠的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。美國AASHTO和歐洲UBC規(guī)范要求隔震房屋中所使用的支座必須全部進行原型性能試驗,并利用支座試驗結(jié)果對隔震房屋系統(tǒng)進行分析,包括計算隔震房屋的上部結(jié)構(gòu)反應(yīng)、基底剪力及支座位移等。日本規(guī)范也規(guī)定所有的隔震元件安裝前必須進行性能試驗。中國抗震規(guī)范對隔震房屋中支座性能試驗也做了相應(yīng)規(guī)定。目前國內(nèi)外隔震支座性能試驗一般都是對單個支座進行且輸入的是正弦波,而實際隔震房屋受到的是地面運動,文中通過對單個支座在正弦波輸入時和振動臺模型試驗輸入地震動時支座的性能比較,分析了兩種情況下支座性能可能存在的差異和其對隔震房屋計算分析產(chǎn)生的影響。另外,地震是一種隨機運動,房屋服役期內(nèi)可能遭受不同頻譜、不同烈度地震動的襲擊,經(jīng)歷若干次地震后隔震支座的性能是否具有顯著變化對隔震房屋的應(yīng)用也具有重要意義。二、振動儲備庫的試驗1.鉛芯橡膠克氏針裝固結(jié)構(gòu)振動臺試驗采用的鉛芯橡膠支座外徑為100mm,鉛芯直徑18mm,橡膠1.2×16層,橡膠剪切模量G=0.6MPa,鉛芯橡膠支座幾何尺寸如表1所示,上、下連接鋼板厚度為20mm,設(shè)計面壓為7.9MPa,第一形狀系數(shù)S1為15.6,第二形狀系數(shù)S2為3.91,支座總高度為74.2mm,支座詳圖見圖1。2.振動臺模型試驗試驗振動臺試驗前后,分別采用1000kN的兩軸試驗機(見表2)對模型中采用的橡膠支座進行性能試驗,試驗是在日本藤田公司完成的,兩軸試驗機加載情況如下,豎向最大加載力為1000kN,水平最大加振力為100kN,水平最大加振振幅為300mm,水平最大加振速度為120mm/s。試驗中支座面壓為7.9MPa,剪切變形分別為50%,100%,振動頻率為0.1Hz,輸入四個正弦波。水平剛度由零點處曲線切線斜率確定,屈服荷載由位移為零處曲線與坐標軸交點的平均值確定。設(shè)計的橡膠支座是圓形的,振動臺試驗前支座兩方向性能相同,所以試驗前僅測定了一個方向的性能,共進行了8個橡膠支座的性能試驗。振動臺模型試驗輸入了不同方向、不同頻譜、不同幅值的地震波,進行了40個工況的試驗,模型x,y向輸入地震波不同,性能變化可能不同,故振動臺試驗后分別對支座x,y向的性能進行測試。詳細試驗情況參見文。3.正弦波和地震波對合成起落架性能的單一性,單模型振動臺試驗在同濟大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點實驗室進行。模型試驗選用了ElCentro,Hachinohe,Taft,Kobe四種地震波作為模型地震動輸入,共進行了40個工況試驗。這里僅對正弦波輸入時單個支座性能與地震波輸入時振動臺模型試驗中支座的性能進行比較,另外,不同地震波輸入時對支座性能也有影響,這方面的研究目前正在進行中。進行振動臺模型試驗支座與單個支座性能試驗對比研究采用的是Hachinohe地震動三向輸入,輸入加速度幅值分別為0.32g和0.49g,相應(yīng)支座剪切應(yīng)變分別為50%,100%;進行振動臺試驗不同階段對比輸入ElCentro地震波,輸入x向加速度幅值為0.26g,相應(yīng)支座剪切應(yīng)變?yōu)?0%。三、試驗結(jié)果的分析與比較1.橡膠合成事件積分試驗前后支護性能變化振動臺試驗前進行了8個支座的性能試驗,分析發(fā)現(xiàn)各支座性能幾乎一致;試驗后對模型中采用的四個支座進行了試驗,各支座性能變化很小。圖2,3分別列出一組振動臺試驗前后橡膠支座水平力-位移滯回曲線。從圖可見,振動臺試驗前后支座滯回曲線形狀相近,但試驗后滯回曲線相對規(guī)則,滯回環(huán)面積稍有減小。這主要是由于經(jīng)歷大量工況振動臺試驗后,橡膠支座產(chǎn)生了一定的殘余變形,滯回特性趨于穩(wěn)定。表2為振動臺試驗前后橡膠支座水平剛度和屈服荷載,其值分別為試驗支座的平均值。結(jié)果顯示,振動臺試驗后支座的水平剛度和屈服荷載均有所降低,但變化較小,水平剛度變化率為-4%,屈服荷載變化率為-8%。x,y兩方向性能變化相差不大。經(jīng)歷幾十次地震動后,橡膠支座性能未有明顯退化現(xiàn)象,具有良好的抗震性能。2.模型無砂膠結(jié)后無砂倉排試驗為了進行比較,模型試驗設(shè)計了支座剪切變形為50%,100%的加載工況,與單個支座試驗條件相同。圖4,5分別是支座剪切變形為50%,100%時振動臺模型試驗中橡膠支座的水平力-位移滯回曲線與支座試驗中水平力-位移滯回曲線的比較。表3是支座剪切變形為50%,100%時的水平剛度和屈服荷載,其值確定方法與單個支座試驗相同。比較可見,兩者x向滯回曲線稍有不同,y向差別較大。由于振動臺試驗輸入的是地震動,且模型支座情況較單個支座復(fù)雜,單個支座滯回曲線較規(guī)則;同時水平剛度和屈服荷載也有變化,模型試驗中水平剛度較單個支座試驗增加,而屈服荷載降低,且剪切變形越大,變化越顯著。這可能是由于單個支座試驗條件與模型試驗條件的差別所致,剪切變形越大,影響也越大。3.加速度加載工況為了研究模型經(jīng)歷若干次地震動之后支座性能的變化,在模型振動臺試驗的開始階段和結(jié)束時設(shè)計了同樣的加載工況。輸入x向ElCentro地震動,加速度幅值為0.26g,相應(yīng)支座剪應(yīng)變?yōu)?0%,表4為支座性能變化情況,圖6為支座力-位移滯回曲線。振動臺x向?qū)?yīng)地震動輸入的南北方向。試驗結(jié)果表明,經(jīng)歷若干次地震動之后滯回曲線形狀相近,支座水平剛度降低,滯回環(huán)面積增加,有塑性變形積累。四、應(yīng)變能力模型試驗對應(yīng)變橡膠支護性能試驗結(jié)果影響通過對不同受力環(huán)境及不同受力階段支座性能試驗的分析,可得如下結(jié)論:(1)振動臺試驗前后,鉛芯橡膠支座滯回曲線形狀變化不大,但面積稍有變化,剪應(yīng)變?yōu)?00%時水平剛度和屈服荷載均有變化,水平剛度變化幅度在-4%以內(nèi),屈服荷載變化幅度為-8%。(2)單個橡膠支座試驗結(jié)果與模型試驗有明顯不同,單個橡膠支座滯回曲線面積稍大,剪應(yīng)變?yōu)?00%時,模型試驗中支座水平剛度較單個橡膠支座試驗增加30%,但屈服荷載降低20%。(3)經(jīng)歷若干次地震動之后,橡膠支座具有良好的穩(wěn)定性,振動臺試驗結(jié)束時支座水平剛度稍有降低,降低幅度為16%,屈服荷載變化較小。(4)以往的分析研究認為,影響隔震支座性能的主要因素是支座面壓和支座剪切變形,因此國內(nèi)外的隔震規(guī)范一般規(guī)定設(shè)計隔震房屋時,需進行單個支座在規(guī)定面壓和剪切變形條件下的性能試驗,并根據(jù)性能試驗中支座的有關(guān)參數(shù)