橡胶铅芯隔震支座力学性能的温度效应研究

橡胶铅芯隔震支座力学性能的温度效应研究 橡胶铅芯隔震支座力学性能的温度效应研 究 第26卷第3期 2009年9月 华中科技大学(城市科学版) J.ofHUST.(UrbanScienceEdition) Vo1.26No.3 Sep.2009 橡胶铅芯隔震支座力学性能的温度效应研究 李黎,叶昆,江宜城 (华中科技大学a.土木工程与力学学院;b.控制结构湖北省重点实验室,湖北武汉430074) 摘要:对不同温度环境下(一40%一40%)铅芯橡胶隔震支座的力学性能进行了试验研究,从定性和定量两方 面得出一些结论,在此基础上提出了反应温度变化对支座力学性能影响的近似公式,为冬季气温极低的高烈度 地震设防区的基础隔震建筑结构 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 提供了有益的参考. 关键词:基础隔震;铅芯橡胶隔震支座;温度效应;力学性能 中图分类号:TU352.12文献标识码:A文章编号:1672-7037(2009)03-.0001-03 经过近十几年的发展,隔震技术以其良好的减 震效果,安全性,耐久性,经济性和适用性在工程 抗震界得到普遍认可,在日本,美国,新西兰和中 国等主要地震多发国家的工程结构抗震设计和加 固中有较多的应用….我国西藏,青海和新疆等 高烈度地震设防区冬季气温相当低,随着环境温 度的变化,铅芯橡胶隔震支座的力学性能是否会 发生变化,相应的试验研究并不多见J.虽然在 高温环境下铅芯橡胶隔震支座(LRB)的力学性能 得到了较多关注,但没有提供给工程设计人员能 够反映温度变化对支座力学性能影响的近似公 式.为了满足平均气温显着不同的地震设防地区 基础隔震结构应用的需要,本文针对不同规格的 铅芯橡胶隔震支座在一40?,40?的不同温度环 境下进行竖向刚度,水平刚度及阻尼的试验,并与 室温条件(22?)下的相应指标进行对比,并通过 非线性回归 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 方法提出反应温度变化对支座力 学性能影响的近似公式. 试验设备及试验介绍 为了研究温度效应对LRB隔震支座力学性 能的影响,对GZY400,GZY600试件分别进行了 竖向荷载和压剪荷载作用下的试验研究,试件编 号及参数见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1.试件中钢板采用Q235,橡胶为 天然橡胶,硬度为劭氏45..压剪试验装置(图1) 为竖向25000kN,水平?2000kN电液伺服加载 系统.整个试验系统由水平液压伺服加载控制系 统,竖向加载系统及计算机数据采集与分析系统 组成,其中计算机数据采集与分析系统包括A/ D,D/A转换硬件系统和专门设计的软件系统,用 于完成加载,数据采集,试验曲线的绘制等.采用 正弦波加载,不同温度环境由温度试验箱提供. 表1试件编号及参数 编号 /ram/mm 中板 图1试验装置 2非线性力学性能及试验结果 2.1竖向刚度 试验时取与轴压应力(1?30%)ord(17"=12 MPa)相应的竖向荷载,3次反复加载,绘制出竖 向荷载与竖向位移的关系曲线,取第3次反复加 收稿日期:2009-03-31 作者简介:李黎(1956.),女,上海人,教授,研究方向为结构抗震及控 制,1ili2431@163.corn. 基金项目:国家自然科学基金(50878093). ? 2'华中科技大学(城市科学版)2O09年 载结果,按下式计算竖向刚度引:公式: (1)v() 式中,P,P2分别为平均压应力1.3o"0.7时 的竖向荷载;,:分别为竖向荷载为P,P时的 竖向位移.竖向刚度的理论值采用下式计算: r EobA,rrDEbS2,,', V T 式中,E为表观弹性系数,E.b=EE/(E.+Eb), E=3G(1+2KS),E为橡胶材料体积弹性常数 (MPa),G为橡胶材料的剪切模量,K为橡胶材料 修正系数(劭氏45.橡胶,Eb=2070MPa,G= 0.54,,c=0.80);为支座中橡胶层的总厚度,7'R :ntR,凡为橡胶层数,t为单层橡胶厚度;S,S 分别为第一形状系数,第二形状系数,S.=D/ (4tR),S:=n/T,,,D为橡胶支座有效直径. 在室温条件(22~C)下试验与理论的支座竖 向刚度值见表2.试验与理论计算的结果很接 近,最大误差不超过10%. 表2隔震支座的竖向刚度(kN/mm) 图2不同隔震支座竖向刚度所对应R与 温度变化之间的关系 定义不同温度条件下的试验值与室温条件下 的试验值之间的比值为R(这个系数可以视为温 度效应对于LRB隔震支座力学性能的影响系 数),图2给出了不同LRB隔震支座竖向刚度的 影响系数与温度变化的关系R.随着温度的降 低,隔震支座的竖向刚度较室温有很大的增加;而 随着温度的增加,支座竖向刚度较室温有一定程 度的降低,此外不同支座竖向刚度所对应R之 间的离散型很小,因此将这些数据点通过非线性 回归分析可以拟合出R与温度变化之间的近似 R=0.91921+0.14202e一.?.? 式中,为环境温度(?). 2.2水平刚度及屈服剪力 在隔震结构设计分析时,铅芯橡胶隔震支座 水平力学性能参数主要包括:屈前刚度,屈后刚度 和屈服剪力.由于屈前刚度对设计分析结果的影 响很小,因此只考虑屈后刚度和屈服剪力.屈服 后刚度可根据滞回曲线获得.试验时对试件在 12MPa竖向压应力下,进行=100%:0.2Hz 的动力加载试验,水平加载波形为正弦波,连续作 出3条滞回曲线,取第3条滞回曲线计算支座的 水平刚度.屈后刚度的理论值采用以下表达式进 行计算: Kd-GA = (3) 式中,A为橡胶隔震支座横截面面积;G为橡胶初 始剪切模量.屈服剪力的主要影响因素是铅芯的 横截面积A?支座的屈服剪力与铅芯横截面面积 呈线性变化.根据本课题组的试验研究,回归出 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 公式 Q=8.367盯/4+4.682(4) 式中:Q为隔震支座屈服剪力;D为铅芯直径. 室温条件下(22~C)试验与理论计算得出的屈服 后刚度和屈服剪力见表3.试验与理论计算的结 果很接近,最大误差不超过5%. 表3隔震支座屈后刚度和屈服剪力 编号LRB支座水平特性理论值试验值试验值/理论值 图3不同隔震支座屈服后刚度所对应Rr,d与 温度变化之间的关系 第3期李黎等:橡胶铅芯隔震支座力学性能的温度效应研究'3? 图3给出了不同支座屈后刚度的影响系数 R与温度变化的关系.随着温度的降低,支座屈 后刚度较室温有明显的增加,特别是一20?以下 支座屈后刚度增加的程度明显加大;随温度的升 高,支座屈后刚度较室温没有明显变化,此外不同 支座屈后刚度所对应R.之间的离散型很小,将 这些数据点通过非线性回归分析可以拟合出屈后 刚度所对应与温度变化的近似公式: R. =0.98064+0.05902e..?咖(5) 图4给出了不同支座屈服剪力的影响系数 尺与温度变化的关系.由于不同支座屈服剪力 所对应R.之间的离散型很小,可将这些数据点 通过非线性回归分析拟合出屈服剪力所对应R 与温度变化之间的近似公式: R=0.39546+0.80928em"(6) 图4不同隔震支座屈服剪力所对应R..与 温度变化之间的关系 由以上的试验研究可以发现:(1)低温环境 对LRB隔震支座的力学性能有较大的影响,通常 温度越低力学性能指标越大,其中对屈服剪力的 影响最大,从O起都超过了20%,而竖向刚度和 屈服刚度当温度低于一40?后,影响超过了20% (其中20%是目前规范对于隔震支座力学性能测 试所允许的设计值与试验值之间的偏差),具体 结果见表4;(2)高温环境主要对屈服剪力有一定 的影响,而对竖向刚度和屈后刚度的影响较小,所 有影响均没有超过20%,具结果见表5;(3)在平 均气温低的抗震设防地区,采用铅芯橡胶隔震支 座隔震时,可按照本文提出的拟合公式对基于常 温所设计的隔震支座力学性能参数的理论值进行 修正,以此为基础能获得更为准确合理的计算分 析结果. 表4低温时支座力学性能对应的影响系数R 表5高温时支座力学性能对应的影响系数詹 3结语 本文对不同高低温环境下橡胶铅芯隔震支座 的力学性能进行了力学性能研究,在此基础上提 出了关于温度变化的支座力学性能的近似计算公 式,研究结果对在低气温条件下高烈度地区结构 的隔震设计具有实际的应用价值. 参考文献 [1]唐家祥,刘再华.建筑结构基础隔震[M].武汉: 华中理工大学出版社,1993. [2]李慧,杜永峰,狄勇奎,等.叠层橡胶隔震支座 的低温往复试验及等效阻尼比推算[J].兰州理工 大学,2006.32(5):116.119. [3]JG118—2000,建筑隔震橡胶支座[S]. [4]江宜城,聂肃非,叶志雄,等.多铅芯橡胶隔震支 座非线性力学性能试验研究及其显式有限元分析 [J].工程力学,2008,25(7):11.17. ThermalEffectontheMechanicalBehaviorofLead.RubberBearing 厶,YEKun,JIANGYi—cheng (a.SchoolofCivilEngineeringandMechanics; b.HubeiKeyLaboratoryofControlStructure,HUST,Wuhan430074,China) Abstract:ExperimentalstudyonthemechanicalbehaviorofLeadRubberBearing(LRB)underdifferent temperaturesfrom一 40oCto40oCiscarriedout,somequalitativeandquantitativeconclusionsaredrawn.At thesametime,formulasreflectingeffectoftemperaturevariationonthemechanicalbehaviorofLRBarepro. posed,whichcanfacilitatethedesignofbase— isolatedstructuresinthehigh.intensityseismiczonesinchina, wherethetemperatureinwinterisextremelylow. Keywords:baseisolation;leadrubberbearing;thermaleffect;mechanicalbehavior