基础隔震叠层橡胶支座多向耦合力学性能和恢复力模型研究

With the height of base-isolated structures increasing and the structures form becoming more complex, the influence of multi-axial earthquake excitations on the mechanical properties of laminated rubber bearings(LRB) and the seismic responses of base-isolated structures has been extensively concerned. The multi-axial coupling mechanical properties and restoring force model of LRB are the key problem of the seismic responses of base-isolated structures under multi-axial earthquake excitations. Previous studies have shown that the vertical and horizontal mechanical properties of LRB have coupling effect, and the bilateral mechanical properties of LRB also have obviously coupling effect, while the multi-axial coupling mechanical properties and restoring force model of LRB should to be further research. Based on research of the multi-axial coupling mechanical properties of LRB, the project team will conduct experimental study and finite element analysis to investigate the mechanical properties of LRB, explore the multi-axial coupling mechanical properties of LRB, reveal the influence mechanism between the vertical and the horizontal mechanical properties of LRB, illustrate the bilateral coupling effect on the horizontal mechanical properties of LRB, ascertain the main influencing factors on the multi-axial coupling mechanical properties of LRB, so that the multi-axial coupling restoring force model of LRB will be proposed. This research will be the base to study the seismic response of base-isolated structures under multi-axial earthquake excitations, and it is very important to improve the analysis and design theory of base-isolated structures.

随着基础隔震结构高度的增大，结构形式日益复杂，多维地震动对叠层橡胶支座力学性能和基础隔震结构地震反应的影响受到了广泛关注和重视，而叠层橡胶支座的多向耦合力学性能和恢复力模型是研究基础隔震结构多维地震反应的关键性问题。前期研究表明，叠层橡胶支座的竖向与水平向力学性能及水平双向力学性能具有明显的耦合效应，但目前对于橡胶支座的多向特别是三向耦合力学性能和恢复力模型的研究还有待进一步深入。结合橡胶支座多向耦合力学性能研究的进展，本项目组将对多向受力状态下叠层橡胶支座的力学性能进行试验研究和精细化有限元分析，探索叠层橡胶支座力学性能的多向耦合效应，揭示支座竖向与水平向力学性能的影响机理，阐明支座水平向力学性能的双向耦合效应，确定影响支座多向耦合力学性能的主要因素，建立叠层橡胶支座多向耦合恢复力模型，为研究基础隔震结构的多维地震反应奠定基础，对发展和完善基础隔震结构的分析和设计理论具有重要意义。

本课题的主要研究内容和成果如下：.1. 对橡胶支座中夹层钢板、普通橡胶和高阻尼橡胶进行了力学性能试验，确定了夹层钢板、普通橡胶和高阻尼橡胶的本构模型；对普通橡胶和高阻尼橡胶进行了四板剪切试验，研究了橡胶和钢板的粘结机理和破坏形态，为橡胶支座有限元模型的建立提供了相关参数和理论基础。.2. 对极限压剪状态下铅芯橡胶支座进行了有限元分析，研究了极限压剪状态下支座内部钢板和橡胶的应力分布和受力状态，分析了支座第一形状系数、第二形状系数和钢片与橡胶层厚比对支座内部应力的影响，建立了橡胶支座内部应力与支座参数的相关关系，揭示了支座的破坏机理，为支座的设计提供了参考。.3. 对水平单向和双向压剪状态下铅芯橡胶支座进行了有限元分析，研究了竖向压力对橡胶支座剪切性能的影响，得出了橡胶支座剪切性能与竖向压力之间的变化规律；分析了水平单向和双向加载对橡胶支座剪切性能的影响，得出了橡胶支座剪切性能与水平向加载方式之间的变化规律。.4. 对铅芯橡胶支座和高阻尼橡胶支座进行了力学性能试验，研究了竖向压力对橡胶支座竖向刚度、水平剪切性能的影响，建立了橡胶支座竖向刚度、剪切性能与竖向压力的相关关系；分析了水平单向和双向加载对橡胶支座剪切性能的影响，研究了橡胶支座力学性能的双向耦合效应，建立了橡胶支座剪切性能与水平向加载方式的相关关系。.5. 在铅芯橡胶支座和高阻尼橡胶支座力学性能试验研究和有限元分析的基础上，进一步深入研究了多向受力状态下橡胶支座力学性能的耦合效应，确定了影响橡胶支座力学性能的主要因素，分别建立了铅芯橡胶支座和高阻尼橡胶支座的多向耦合恢复力模型，为多维地震动作用下基础隔震结构的地震反应分析奠定了基础。.目前，本课题已发表论文10篇，其中中文核心期刊8篇，申报专利4项，其中已授权专利2项，培养硕士研究生6名，其中4名已毕业。