钢筋-沥青隔震层多参数耦合本构模型与数值模拟研究

Development of low-cost isolation technology to improve the ability of buildings in the towns and villages of our country to withstand earthquake damage is a major issue of concern in recent years. The steel-asphalt isolation layer has a broad application prospects in our towns and villages region. But its working mechanism is obvious different between large and small deformation. The current constitutive model built on elastic assumption needs to be improved..By quasi-static tests on steel-asphalt isolation layer specimens with various design parameters, the impact of the design parameters on the dynamic parameters characteristics of the isolation layer could be analyze, unconventional restoring force model of isolation layer could be obtained. Distribution of the horizontal and vertical action between steel bars and brick piers will be studied, so as the affect of internal forces redistribution to the dynamic parameters of the isolation layer, then the multi-parameter coupling nonlinear constitutive relations of steel-asphalt isolation layer could be established. Nonlinear finite element model of isolation layer will be built to simulate the multi-parameter coupling constitutive relations of the isolation layer by secondary development of the software, dynamic response analysis (including in large earthquakes) of isolation structures will be carried out..The research is expected to provide theoretical basis to improvement and promotion of the steel - asphalt isolation layer. It has important scientific and practical value to improve the seismic performance of the buildings of our wide range of towns and villages area.

发展低造价隔震技术，提高我国量大面广的村镇建筑抵御震害的能力，是近年来备受关注的重大课题。钢筋-沥青隔震层在我国广大村镇地区具有广阔的应用前景，但它在大变形时的受力机理与小变形时存在本质区别，目前建立在弹性假定上的本构模型亟待完善。.本项目通过多工况下的钢筋-沥青隔震层拟静力试验，分析各设计参数对隔震层动力参数特征的影响，获取隔震层的非常规恢复力模型；研究水平作用与竖向作用在钢筋的弹性水平回复力与砖墩-上梁摩擦力之间的动态分配，探明大变形下隔震层的内力重分布对其动力参数的影响，建立考虑多参数耦合的钢筋-沥青隔震层非线性本构关系；建立隔震层的非线性有限元模型，通过软件的二次开发实现隔震层的多参数耦合本构关系模拟，进行隔震结构在地震激励（包括大震）下的动力响应分析。.预期研究成果将为钢筋-沥青隔震层的改进与推广奠定理论基础，对提高我国量大面广的村镇地区建筑的抗震性能具有重要科学价值和现实意义。

利用减隔震技术提高村镇建筑的抗震能力，对我国以及世界广大经济欠发达地区抗震工程的研究具有重要意义。钢筋-沥青隔震层造价低廉，施工简便，符合建设节约型社会要求，在我国广大村镇地区具有广阔的应用前景，但它在大变形下的非线性工作机理与小变形时存在明显差异，目前建立在弹性假定上的分析理论与设计方法亟待完善。.本项目首先通过拟静力试验，得到了不同设计参数的钢筋-沥青隔震层试件的滞回曲线及其骨架曲线。通过牵引释放试验得到不同制作参数条件下隔震层试件的自振频率和阻尼比。结果表明，试件骨架曲线呈现三折线形状，隔震层刚度随着变形的增长出现先降低再升高的趋势，可以分为第一上升段、屈服段和第二上升段。然后，对钢筋-沥青复合隔震层受力机理进行了分析，提出了考虑隔震层砖墩-钢筋共同工作的非线性计算模型。根据建立的计算模型，推导了钢筋-沥青隔震层在大变形下内力在钢筋与砖墩的动态分布情况。分析结果表明，在水平推力作用下，隔震层受力可分为三个阶段：钢筋受压段、钢筋受拉段上升段与钢筋受拉下降段。最后，建立了钢筋-沥青隔震层的能量平衡公式，基于振动台试验数据分析了多工况下隔震层体系的能量分配组成。分析结果表明，在隔震层中结构阻尼耗能和不可恢复的变形能随着输入加速度的增加而增加，而且随加速度增加呈现非线性特征，其中阻尼耗能的影响起主导作用，基本维持在60%左右，这一点与传统结构以滞回耗能为主的地震能量分配比例不同，从而有效减少了上部结构的地震累积损伤。.研究成果为建立钢筋-沥青隔震层考虑大变形下受力特点的设计方法提供理论依据，为钢筋-沥青隔震层的改进与推广奠定了基础。