多铅芯橡胶支座力学性能研究综述.pdf

低温建筑技术
10年第2期(总第140期)
多铅芯橡胶支座力学性能研究综述
朱玉华,胥玉祥,黄海荣
同济大学建筑工程系,上海200092
摘要】总结了多铅芯橡胶支座的研究及试验成果,指出多铅芯橡胶支座具有良好的滞回耗能能力和受
力性能,并具水平刚度大、稳定性能高、阻尼稳定等优点。概括了多铅芯橡胶支座研究、应用需要解决的内容
【关键词】多铅芯橡胶支座;滯回耗能;受力性能
【中图分类号】1U352.12
文献标识码】B
【文章编号】1001-6864(2010)02-038-03
REVIEW AND OUTLOOK OF RESEARCH ABOUT MULTI-LEAD RUBBER BEARINGS
MECHANICAL PROPERTY
TU Yu-hua, XU Yu-xiang, HUANG Hai-rong
Department of Building Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China
Abstract: The research and experimental achievement of multi-lead rubber bearings were summarized
first, multi-lead rubber bearings have good hysteresis energy dissipation and mechanical property, and the
bearings have better horizontal stifness, better stabiliy and equivalent damping ratio. At last, the problems
about research and application of multi-lead rubber bearings were summarized
Key
Iti-lead rubber bearings; hysteresis energy dissipation; mechanical property
与传统的抗震结构不同,隔震结构通过减少地震胶总厚度、钢板厚度等量值均相同。试验中发现多铅
能量传入上部结构,从而避免结构在地震中的破坏。芯支座具有比单铅芯支座略好的滞回耗能能力,单铅
在众多的隔震支座中,铅芯橡胶支座具有价格相对便芯支座刚度软化更明显;不同的水平剪应变时,三铅
宜,安装方便,受力性能优良等优点,因而铅芯橡胶支芯橡胶支座较单铅芯橡胶支座具有更大的等效水平
座是使用最广泛的形式。目前国内的隔震建筑大多刚度、屈服后水平刚度;剪应变小于2.2时,三铅芯支
为多层或小高层建筑,故铅芯橡胶支座大多为中小直座等效阻尼比小于单铅芯支座,但不同剪应变时三铅
径支座;国内外的研究证明高层建筑使用隔震也能够芯支座的阻尼比更稳定。不同的竖向压力时,多铅芯
取得较好的减震效果,日本已经建立了多栋高层隔震支座具有更大水平刚度,其等效阻尼略小于单铅芯支
建筑,而高层建筑需要大直径的隔震支座。
座。但该试验中铅芯的直径均偏小,试验支座不能够
当结构所需的耗能能力比较大时,要求铅芯的横很好的反映实际支座的受力特点。
截面积较大,而铅芯直径过大时导致橡胶对铅芯的约
束作用降低,铅芯容易发生剪切破坏,因此许多规
y=100%
范均对铅芯尺寸进行了规定,避免铅芯尺寸过大。多
R
铅芯橡胶支座是将放置在支座中心的橡胶改变为多
个铅芯,从而减少单个铅芯的面积,并且避免了单个
15-120
6090120150
位移/m
铅芯在中间时支座的抗扭刚度偏小的问题,从而提高
抵抗偏心荷载的能力。通过一些学者的实验研究,证
实多铅芯支座具有良好的受力性能。
图1四铅芯圆形橡胶支座滞回性能
1多铅芯橡胶支座研究综述
王志强]通过试验研究对比了单铅芯和具有三
江宜城、聂萧非、李黎等[.指出多铅芯橡胶支座
铅芯的圆形铅芯橡胶支座的滞回耗能、竖向刚度等性具有性能稳定、受力均匀、抗弯刚度大,承载力大等优
能。试验中单铅芯支座铅芯直径为50m,三铅芯支座点,并进行了直径为700和800m的四组四铅芯圆形
直径为30mm,两种支座外径均为300mm,支座高度、橡橡胶支座的受力性能研究,并且通过 ISDYNA模拟了
朱玉华等:多铅芯橡胶支座力学性能研究综述
39
第一个试验和第二、三个试验的结果差别较大,前者
旋转
8
试验中单铅芯阻尼偏高,后两者则认为多铅芯支座阻
25
LRB420420
尼更高。从多铅芯支座与压应力的相关结果可知,多
铅芯支座的等效刚度、屈服后刚度均随压力增大而减
0505
小,且其变化较小;屈服强度、等效阻尼比随着压力的
LRB350350
增大而增大,变化范围也较小,故其压力相关性能较
050100150200250
稳定。对比不同方向的试验结果可知,多铅芯支座在
y/%
各个方向上的性能差别较小
2多铅芯支座的研究展望
图2方形多铅芯橡胶支座不同方向水平刚度1
目前对于多铅芯橡胶支座的研究多限于试验分
改四铅芯支座。两支座中每个铅芯直径分别为70和析和简单数值解模拟,缺乏对多铅芯橡胶支座的系统
80mm,支座高度分别为225和246mm,由于该试验中,性研究,还需对多铅芯支座进行一系列的研究,以确
铅芯的直径较大,故能够较真实的反映支座的受力特定影响多铅芯支座的参数因素,并确定其最优的值。
点。试验发现,多铅芯支座具有良好的滞回耗能能力,2.1铅芯布置数量、位置、直径等对支座性能影响
刚度软化较小;试验中支座的竖向刚度较大,剪切变
多铅芯支座不同于单铅芯支座,铅芯数量的多少
形为420、470m时,支座仍保持完好;当剪切变形为会影响到铅芯的间距及角度关系,对于不同的角度及
200%时,在60MPa竖向压力下,支座仍基本完好;不同间距,在不同地震波角度下,其受力性能的关系可能
方向的剪切变形试验发现,其屈服剪力、刚度、等效阻不同,因此需找出使支座性能最稳定布置角度和数
尼比基本相同;多铅芯橡胶支座具有较高的阻尼比,量;-般多铅芯支座的铅芯均匀布置,而铅芯布置靠
因而耗能能力较好。作者通过 ISDYNA模拟多铅芯支近支座中心或靠近支座外侧,会影响支座的水平刚
座滞回性能,发现两者最大误差值小于10%,采用多度、稳定等多种因素;铅芯直径的大小会影响铅芯耗
铅芯支座的隔震桥梁具有良好的减震效果,能够大幅能的效果,当铅芯直径过小时,由于铅芯与橡胶间的
度降低桥墩的墩顶位移、墩底剪力及墩底弯矩。
制造间隙误差,耗能能力有限,而当直径过大时,铅芯
对于四铅芯橡胶支座的不同方向的水平性能,作容易被剪切破坏。以上的三个因素互相影响,因此需
者进行了较详细的研究;不同剪应变下,等效刚度、屈要共同考虑三者,以便确定最优的布置方案
服强度在方形铅芯橡胶支座两垂直方向上最大,两对2.2多铅芯支座多铅芯与单铅芯的等效关系
角线方向上最小,但变化较小;不同方向的屈服后刚
由于多铅芯支座的铅芯间存在间距及不同的角
度和等效阻尼比也不同,对角线方向最小,垂直铅芯度关系,支座水平变形时,不同角度的铅芯发生变形
支座最大,但等效阻尼比相差很小。不同竖向压力下,的大小不同,故在计算受力性能时不能简单的将多铅