上下表面有相对转动的橡胶隔震支座性能研究

Rubber isolation bearings have been widely used in the engineering structures, because they can effectively reduce seismic response of structures. But in some long-span spatial structures which have been built relative rotations of top and bottom surfaces of rubber isolation bearings have been observed, it is mean that isolation bearings are work with rotations. In order to solve this problem, we plan to research on performance of the rubber isolation bearings with rotations, and influences of isolation performance with different rotations. Main research contents are as following: 1.Experiment to get vertical mechanical properties of rubber isolation bearings with rotations; 2. Experiment to get horizontal mechanical properties of rubber isolation bearings with rotations; 3. Experiment of hysteresis property of rubber isolation bearings with rotation; 4. Imitation of a typical spatial structure with rubber isolation bearings with rotations for under seismic loads; 5. Summarizes the mechanical properties of rubber isolation bearings with rotations, and get a practical formula for calculation..The results of this research can be applied to long-span spatial structures of seismic isolation design. The main specialty of this project is that bearings have rotations behave top and bottom surfaces.

橡胶隔震支座在工程结构中运用越来越广泛，其隔震效果非常明显。然而在某些已建成的大跨度空间结构中，其隔震橡胶支座上下表面发生了明显相对转动，意味着橡胶隔震支座是带转角工作的。本课题对带转角的橡胶隔震支座进行试验，分析转角对其力学性能的影响，并研究转角大小对其隔震性能的影响程度。本课题主要研究内容如下：1.对带转角的橡胶隔震支座进行竖向力学性能试验研究；2. 对带转角的橡胶隔震支座进行水平力学性能试验研究；3.对带转角的橡胶隔震支座进行滞回性能试验研究； 4.对带转角的橡胶隔震支座进行数值分析；5.总结带转角的橡胶隔震支座的力学性能，提出实用计算方法。.本项目研究成果适用于大跨度空间结构中橡胶隔震支座的设计应用，最新颖之处在于研究上下表面发生相对转动的橡胶隔震支座的力学性能。

采用橡胶隔震支座的大跨度空间结构中，由于其具有结构不规则、受力复杂、水平推力大的特点，其支座在使用过程中往往存在上下表面的相对转动，即具有一定的初始转角，这必然会对橡胶隔震支座的力学性能产生一定的影响，进而影响支座的隔震效果以及整座建筑的安全性。因此主要研究橡胶隔震支座产生转角后支座自身的力学性能。本课题验证了试验与有限元结果的误差内一致性；并进行相关试验，无转角支座，随着水平位移增大，水平刚度会增大，阻尼比略为增大；有转角支座，支座水平刚度随转角增大而减小，阻尼比随着转角的增大而增大；为了使支座具有较好的隔震性能，建议支座允许转角为0.01rad，对应最大水平剪应变不超过200%，或者允许转角可以大些，对应水平剪应变小些，但是最大转角不要超过0.02rad。建立有限元模型，对于无转角支座，在竖向压力作用下，支座内部各层钢板的 Mises 及 S11 应力分布及大小基本相同，各层钢板应力沿半径方向呈边缘大，内部小分布，且最大应力位于距内孔边缘 3/8~1/2 处，分别为竖向压力的 4.0、2.8 倍。对于有初始转角的支座，在竖向压力作用下，支座内部各层钢板的 Mises 及 S11应力分布规律差别不大，但是各层钢板的最大应力有明显不同，沿高度方向呈“M”型，且整个支座的最大应力出现在远离转角的一侧。同层钢板的应力沿转角方向呈两侧对称分布，且转角内侧的应力较大，最大应力位于距外部边缘 3/8~5/8 处，且随着初始转角的增大，最大应力也会增大。不同支座尺寸和不同竖向压力下，初始转角对支座水平刚度的影响程度变化不大；而初始转角对支座水平刚度的影响程度会随支座第一形状系数和第二形状的增大而增大。对大量有限元结果进行数值拟合，得出了有初始转角的橡胶隔震支座水平刚度计算公式。对于实际大跨度桁架结构，考虑转角影响后，水平位移增大，并且隔震支座的位移超过了规范限值。因此实际工程结构需要考虑转角的影响。