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本项目将新型功能性结构材料——金属橡胶引入基础隔震装置中,对金属橡胶材料在隔震减震技术方面的应用进行基础性研究,研究开发一种具有混合隔震技术性能的新型隔震装置以及对其隔震特性进行动力学特性建模。通过对金属橡胶材料工艺成型特性影响因素研究,设计与选择适合用于隔震装置的金属橡胶材料;通过进行金属橡胶材料隔震装置隔震性能试验,验证新型隔震装置的隔震效果以及检验评价新型隔震支座的各项性能;通过对金属橡胶材料隔震装置非线性迟滞特性进行混合型数学建模及采用人工智能方法进行参数辨识,建立可反映金属橡胶隔震装置隔震性能的恢复力数学模型,通过在大型有限元软件中对新型隔震支座本构模型的二次开发,为新型隔震支座在实际工程隔震结构分析的应用提供研究基础。本项目研究对于开发新型有效的隔震减震装置,以及对改善传统隔震支座的性能有重要的实际意义。
本项目将新型功能性结构材料- - 金属橡胶引入基础隔震装置中,对金属橡胶材料在隔震减震技术方面的应用进行基础性研究,研究开发一种具有混合隔震技术性能的新型隔震装置以及对其隔震特性进行建模。通过对金属橡胶材料工艺成型特性影响因素研究,设计与选择适合用于隔震装置的金属橡胶材料;通过进行金属橡胶材料隔震装置隔震性能试验,验证新型隔震装置的隔震效果以及检验评价新型隔震支座的各项性能;通过对金属橡胶材料隔震装置非线性迟滞特性进行混合型数学建模及采用人工智能方法进行参数辨识,建立可反映金属橡胶隔震装置隔震性能的恢复力数学模型,通过在大型有限元软件中对新型隔震支座本构模型的二次开发,为新型隔震支座在实际工程隔震结构分析的应用提供研究基础。本项目研究对于开发新型有效的隔震减震装置,以及对改善传统隔震支座的性能有重要的实际意义。
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橡胶隔震支座是什么
建筑隔震橡胶支座由多层橡胶和多层钢板或其它材料交替叠置组合而成。对应不同建 筑、桥梁的要求隔震橡胶支座可以有不同的叠层结构、 制造工艺和配方设计, 以满足所需要 的垂直刚度、侧向变形、阻尼、耐久性等性能要求,通过在建筑物的基底部或某个位置放置 隔振装置,形成隔震层,把上部结构与下部基础脱离,以此来隔离或耗散地震能量,避免或 减少地震能量向上结构传输, 有效地保障上部结构及其内部人员、 设备的安全, 不影响室内 设备的正常运转,比传统的抗震技术更加安全、可靠、经济。 其工作原理是在建筑物底部与基础之间设置隔离层, 使上部结构与固结于地基中的基础 分离,从而阻隔地震波向上部结构进行传播, 既能保护结构, 同时也可以保护结构内部设备, 仪器等。 基础隔震技术的应用范围很广泛, 对于重要建筑和生命线工程来说, 通过采用隔震技术, 提高了结构的抗震能力,在地震灾害发生时,可有效地发挥其“生命线”功效
橡胶隔震支座在房屋隔震工程中的应用
橡胶隔震支座在房屋隔震工程中的应用
铅芯橡胶隔震支座 铅芯隔震支座,这种支座是由橡胶支座安定的复原装置和铅的能量吸收装置所构成的阻尼机构一体型的隔震装置。铅是一种具有良好塑性变形能力和能量吸收能力的金属。铅芯橡胶支座也是最早用于隔震结构的支座之一。铅芯橡胶支座凭借其优良的力学性能,较为简单的构造和高性价比,已经在工程中广泛应用。
铅芯橡胶隔震支座 铅芯隔震支座基本性能
1、铅阻尼器的能量吸收能力 橡胶本身是一种易拉压变形的材料,单独做成支座加力后变形巨大(如图)。工程用橡胶支座是由薄钢板与薄橡胶层叠组成,钢板对橡胶竖向变形有优秀的约束作用,竖向压缩刚度非常高,但与天然橡胶支座一样,铅芯橡胶隔震支座拉伸刚度较低,约为压缩刚度的1/7~1/10。
2、LBR支座的水平变形能力 钢板约束橡胶的竖向变形但对其水平变形没有影响。同时铅芯能够很好地追随支座变形,吸收地震能量。铅芯橡胶隔震支座水平性能稳定,LRB支座由于铅芯的存在,能够限制支座的水平变形,如下图所示,装有LRB支座的隔震结构的水平变形要比装有RB支座的小(不考虑外加阻尼作用下)。
3、LRB支座的工作特点 铅芯橡胶隔震支座通过铅芯的大小来调整阻尼的大小。铅芯直径增大后,屈服力变大,阻尼量增加,但中心孔过大也会给支座的性能带来不良影响。 4、铅芯橡胶隔震支座的耐久性 日本等国家的工程调查表明,LRB支座与RB支座基本一致,隔震橡胶即使在使用100年后,其内部橡胶依然完好。有调查显示,LRB支座使用10年后,其特性基本保持不变,并预测出60年后其性能仅会下降3%。 5、铅芯橡胶隔震支座的基本力学性能 铅芯橡胶支座的滞回性能可用下图的双线型模型表示。其中细实线为橡胶支座的滞回特性。铅芯橡胶隔震支座的水平特性是与图示的橡胶部分与铅芯部分水平性能叠加而成,如图粗实线所示。铅芯橡胶支座在剪切变形为250%能表现出稳定的双线型滞回特性
滑移隔震支座部件分为隔震支座(隔震器)和阻尼器两大类,前者稳定地支承建筑物自重和荷载,后者在地震时能抑制较大的变形,地震结束后起到迅速终止晃动的作用。
隔震支座目前尚未有统一的分类标准。按截面形状分有方形(含正方形及长方形)和圆形两大类。由于圆形橡胶支座具有各向同性的优点,是目前应用的主要形式。
根据对橡胶支座阻尼比要求不同,目前国内外的橡胶支座分为下列4种。
1.标准减隔震橡胶支座(M RB。普通叠层橡胶支座是用天然橡胶或氯丁橡胶制造的,通常把用天然橡胶制造的普通叠层橡胶支座又称为天然橡胶叠层橡胶支座或标准叠层橡胶支座(见图3)。这种支座具有高弹性,在水平方向上起弹簧作用,但阻尼性能较低,一般不单独使用。为了满足隔震结构体系对阻尼值的要求,通常与外加阻尼器峭能装量卜起并用。
2.铅芯叠层橡胶支座(LRB。这种支座是在普通叠层橡胶支座中心嵌入铅棒而成现)。铅棒单独使用不容易吸收能量,而利用周围叠层橡胶的约束力和铅棒的屈服应力较低的特点,使橡胶支座在受力终止时具有可恢复特性,提高其吸能效果及确保有适度阻尼,而且铅芯增加了橡胶支座的早期水平刚度,对控制风反应和抵抗地基微震动有利。铅棒的直径应根据设计的阻尼值要求,通过计算确定,其阻尼比一般可达20%一300 o,可以单独在隔震系统中使用。
常规隔震技术存在适用频率窄、限位难等问题,基于对电流变弹性体智能特性的理解,开发电流变弹性体智能隔震支座,并研究其力学模型及隔震性能。主要研究成果包括:(1)高性能电流变弹性体的制备及其性能研究。基于极性分子型电流变理论,采用尿素极性分子对TiO2颗粒进行表面包覆,制备出TiO2/尿素核壳颗粒,试验结果表明,填充TiO2/尿素颗粒的弹性体在0~3 kV/mm具有更高的储能模量,且在较低的外加电场下(0~2 kV/mm)可以表现出更高的相对电流变效应;采用3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(A174)和乙烯基三乙氧基硅烷(VTEO)两种硅烷偶联剂对无定型态TiO2颗粒和硅橡胶的界面进行改性。由于两相界面结合强度和改性颗粒极化强度的提高,TiO2/V1颗粒填充的弹性体具有较小的零场储能模量和较高的外加场下储能模量,其相对电流变效应达到了最高的315%。(2)结构ERE 智能隔震支座力学模型及设计方法。基于对电流变弹性体动态粘弹性性能的测试结果,建立电流变弹性体材料的修正Bouc-Wen本构模型,且利用Matlab软件仿真模拟进行模型参数识别,并分析本构模型各个参数与电场强度的相关性。研究结果表明,修正Bouc-Wen本构模型可以精确地描述电流变弹性体在各个工况下的力学性能;在此基础上设计了ERE变刚度装置,然后以ERE本构模型为基础,以力学、电场分析为手段,建立了ERE变刚度支座力学模型;继而,通过试验评价ERE变刚度智能隔震支座的性能,并验证了ERE变刚度支座力学模型的准确性。(3)ERE 智能隔震支座结构的控制算法及抗震性能试验。在ERE变刚度支座力学模型的基础上提出了智能隔震系统的设计方法及控制算法;制定了具体的ERE智能隔震系统设计方案并建立结构仿真模型,通过Simulink仿真评估系统的智能隔震效果,同时利用ERE智能隔震系统结构振动台试验,验证了系统的智能隔震效果。结果表明,按照ERE智能隔震系统设计方法设计出的智能隔震系统能够实现预期设计减震比。本研究为结构变刚度智能隔震技术的实际工程应用奠定了基础,也为电流变弹性体的应用开辟了新的方向。 2100433B