建筑隔震橡胶支座耐火性能试验研究

发布时间：2020-01-29 18:19

【摘要】：目前,Derham G.J与Thomas A.G.、加藤道越、周福霖以及吴波等学者或学术团队进行了隔震橡胶支座的耐火试验,考察了支座火灾下温度变化、燃烧、持荷以及火灾后力学性能、破坏等情况,试验涉及支座类型和型号不一,且受火条件存差别较大,各试验可比性小,而代价大、费用高,故支座耐火性能的数值模拟成为重要研究方向。但是,支座常用橡胶力学性能温度相关性方面的试验研究缺乏,支座耐火性能的数值模拟因缺少与温度相关的橡胶本构模型而相对落后。针对建筑隔震橡胶支座实际用天然橡胶(NR)与丁苯橡胶(SBR)材料开展了热物理性能试验研究。采用HotDisk热常数分析试验测定了材料高温下的导热系数、热扩散率以及比热；采用TGA热重分析试验测定了材料质量百分率随温度变化曲线,比较了两种胶料的热稳定性；考察了经不同温度加热冷却后橡胶的宏观及微观(SEM)形貌变化,为其高温后力学性能的变化提供了表象学解释。对SBR及NR橡胶进行了不同速率(500mm/min、50mm/min及20mm/min)的高温后单轴拉伸试验；对NR橡胶进行了高温后剪切破坏试验和循环剪切试验；对NR橡胶进行了高温后单轴压缩试验。考察了材料各项性能指标(材料硬度、拉伸强度、扯断伸长率、100%定伸强度、200%定伸强度、300%定伸强度、剪切强度、最大剪应变、等效阻尼比、等效刚度等)与历经温度的关系,所得各项试验应力-应变曲线作为提出橡胶常温及高温后本构模型的基本依据。基于NR橡胶常温及高温后各项力学性能试验,利用ANSYS有限元软件识别了各超弹性材料模型(Polynomial、Neo-Hookea、Ogden、Yeoh及HyperFoam)的材料常数,对比了各模型拟合精度。采用上述材料模型(及常数)建立了高温后单轴拉伸及四板剪切的数值模型,将ANSYS分析得到的应力-应变曲线与试验曲线对比,给出了适用于分析支座高温后力学性能的橡胶超弹性本构模型的材料参数取值。基于ANSYS建立了支座四面受火瞬态传热的数值模型,通过与吴波课题组GZP600支座试验升温曲线对比验证了其有效性。对海达橡塑有限公司生产的LNR600支座受火1.Oh时的温度场进行了模拟,将其温度分布结果作为已知条件,引入NR橡胶高温后本构模型,建立了LNR600支座受火1.0h后剩余力学性能分析的数值模型,分析了支座受火前后竖向压缩刚度和水平等效刚度的变化。结合支座火灾下温度场分析及火灾后剩余力学性能分析的数值模拟,进行了支座耐火性能的参数化分析,分析了海达LNR系列天然橡胶支座竖向压缩刚度及水平等效刚度变化与受火时间及支座有效直径的关系。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU352.12;TU352.5

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本文编号：2574435