竖向偏压、扭矩荷载作用下叠层橡胶支座力学性能研究

发布时间：2020-04-05 04:27

【摘要】：在进行叠层橡胶支座受力性能分析及设计时,通常假定叠层橡胶支座处于轴压的理想状态。然而在实际工程中,由于上部构件形心与叠层橡胶支座形心之间的偏移,使得叠层橡胶支座处于偏心受压状态(如角柱下方、电梯井剪力墙下方的叠层橡胶支座);对于上部为非规整(L型、C型)的隔震结构,由于其质量中心与刚度中心的不重合,在水平单向地震作用时,叠层橡胶支座往往出现扭转响应。现有叠层橡胶支座力学模型无法模拟竖向偏压、扭矩等荷载工况下的力学行为。基于此本文拟提出竖向偏压、扭矩荷载作用下叠层橡胶支座力学性能评估的理论模型,揭示竖向力偏心距、扭矩等因素对叠层橡胶支座力学性能的影响规律。首先,本文在Koh-Kelly模型和Iizuka模型框架内引入竖向力偏心距,建立竖向偏心压力下隔震支座力学性能机理模型。对比分析叠层橡胶支座在竖向轴压及竖向偏心压力作用下力学性能的变化规律。其次,构建扭矩荷载作用下叠层橡胶支座力学模型。分析扭矩作用下叠层橡胶支座力学性能的变化情况,并通过与试验数据对比验证该理论模型的有效性。通过以上理论模型的建立和分析得到以下结论:(1)竖向偏心压力作用下支座竖向屈曲荷载和极限水平屈曲位移在偏心一侧随着偏心距的增大而不断降低。(2)竖向偏心压力作用下,叠层橡胶支座竖向位移、转动角等各项力学特性在偏心一侧随着偏心距的增大而不断降低。(3)叠层橡胶支座发生扭转时,叠层橡胶支座的极限承载能力随着扭矩的增大会不断降低。
【图文】：

模型图,橡胶支座,模型

图 1-4 橡胶支座等效 Haringx 模型模型的基本单元是一层橡胶加相邻的一层钢板，接受平移 v(x)和转角 φ(x)来描述，剪切平面上内力为剪力 V(x)、变形本构方程为：( x)M EIx （x)= ( )( ) [ ( )]v xV x GA xx 为有效弯曲刚度，剪切模量和总剪切面积。当转角 φ(x 可得到如图 1-4 右侧所示变形状态下的弯矩和剪切方程：1 1 1( )[ ( ) ] 0xEI P v x v M V xx 1( )[ ( )] ( ) 0v xGA x P x Vx 为竖向力，支座底部的水平力和弯矩，v为底部水平位

视图,正视图,对角,支座

个可以直接确定单元压应力的附加自由度，节点位移只用来计算偏（剪应力。橡胶是一种典型的不可压缩性材料，其体积在荷载作用下不改变用常规单元来模拟不可压缩材料的响应，采用六面体杂交单元（C3D8H胶支座中的橡胶材料[47]。影响有限元计算精度和时间的因素除了单元格的划分。在进行网格划分时要尽量做到网格粗细合适、形状规整，变要网格相对细划，对于环形支座采用 HyperMesh 进行扇形划分[49]，将导入 ABAQUS 中，最终建成如图 2-3 所示的叠层橡胶支座模型。采用本文建立的考虑竖向偏心压力作用下叠层橡胶支座力学理论hez 等人论文中的支座在竖向轴心压力作用下进行分析得到竖向屈曲荷平极限位移（ucr）之间的关系，加载方式同 Sanchez 文中的方法 2 相同力法（ConstantForceMethod）简称为 CFM[50]，理论模型结果和 Sanch图 2-3 支座 1 有限元模型：(a)正视图；（b）对角视图(a) (b)
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU352.12

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