橡膠墊層間隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)研究★

劉 石

(吉林建筑大學(xué)土木學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130000)

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橡膠墊層間隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)研究★

劉 石

(吉林建筑大學(xué)土木學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130000)

采用雙線型模型，由彎矩轉(zhuǎn)角關(guān)系判別狀態(tài)剛度的方法，分析了隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中橡膠墊的彈性模量與厚度變化情況下的隔震效果，旨在確定出層間隔震的設(shè)計(jì)參數(shù)，為層間隔震的合理應(yīng)用提供理論參考。

層間隔震結(jié)構(gòu)，夾層橡膠墊，設(shè)計(jì)參數(shù)，隔震效果

0 引言

層間隔震結(jié)構(gòu)是在基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的工程實(shí)踐中發(fā)展起來的一種新型隔震結(jié)構(gòu)形式，即在建筑物中布置隔離層，來降低上部結(jié)構(gòu)受到的影響。當(dāng)結(jié)構(gòu)上下剛度有突變的時(shí)候，例如大底盤高層建筑，將隔震支座設(shè)置于剛度突變處，減震效果優(yōu)于基礎(chǔ)隔震。利用此原理考慮在側(cè)向剛度突變處設(shè)置夾層橡膠墊隔震結(jié)構(gòu)，隔震力學(xué)模型與設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)隔震起至關(guān)重要的作用。

1 橡膠墊隔震結(jié)構(gòu)力學(xué)模型

利用層間剪切模型，將夾層橡膠隔震結(jié)構(gòu)單獨(dú)作為一層，其運(yùn)動(dòng)微分方程見式(1)：

(1)

其中，

其中，F(xiàn)0=0;阻尼矩陣[C]=α[M]+β[K]。

如圖1所示，采用7個(gè)和5個(gè)特征點(diǎn)的三線型和二線退化恢復(fù)力模型，由彎矩和彎矩增量的變化確定單元所處的狀態(tài)。

2 夾層橡膠墊的水平及垂直剛度系數(shù)

夾層橡膠墊的水平剛度系數(shù)KH受彎曲變形影響時(shí)：

(2)

當(dāng)S1≥15，S2=3～5，式(2)近似簡(jiǎn)化為：

(3)

其中，D，G，S1，S2分別為夾層橡膠墊的直徑、剪切彈性模量、第一和第二形狀系數(shù)。

豎向剛度系數(shù)KV表示為：

(4)

其中，Ecv為夾層橡膠墊修正壓縮彈性模量。

3 夾層橡膠墊隔震效果分析

如圖2所示的Ⅲ類場(chǎng)地土的框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)層數(shù)為8層，抗震設(shè)防烈度為8度。當(dāng)隔震層橡膠墊的彈性模量變化時(shí)，其樓層位

移及剪力變化見圖3，當(dāng)隔震層橡膠墊的厚度變化時(shí)，其位移及剪力變化見圖4。

1)對(duì)比于傳統(tǒng)的基礎(chǔ)抗震，層間位移隨層數(shù)增加逐漸加大的情況不同，隔震橡膠墊結(jié)構(gòu)使各層位移相似，變化不明顯。層間剪力明顯減小。

2)采用隔震體系時(shí)，夾層橡膠墊的彈性模量的變化對(duì)層間位移影響較大，當(dāng)其不大于3.5 MPa時(shí)隔層之上的結(jié)構(gòu)接近剛性體。層間剪力隨其的增加是遞減的，遞減幅度在彈性模量3 MPa～6 MPa時(shí)區(qū)別不大。

3)采用隔震體系時(shí)，夾層橡膠墊厚度在100 mm以上時(shí)對(duì)層間位移遞減影響有限，在500 mm以下時(shí)對(duì)層間剪力遞減影響較小，其遞減幅度變化不大，因此無需將隔震層厚度設(shè)計(jì)的過大，30 mm～90 mm之間為宜。

4 結(jié)語

1)為更好研究夾層橡膠隔震結(jié)構(gòu)的作用，結(jié)構(gòu)分析中，要選用合適的理論構(gòu)造力學(xué)模型，要考慮扭轉(zhuǎn)引起的翹曲應(yīng)力。2)橡膠墊隔震裝置的隔震效果與其材料彈性模量和厚度有一定關(guān)系，本文根據(jù)分析結(jié)果給出參考范圍。設(shè)計(jì)參數(shù)種類較多，重要程度不一，需結(jié)合試驗(yàn)做更進(jìn)一步的分析和研究。

[1] 周福霖，張 穎，譚 平.層間隔震體系的理論研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2009，42(8)：1-8.

[2] 翁大根，張瑞甫，張世明，等.基于性能和需求的消能減震設(shè)計(jì)方法在震后框架結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2010(S2):66-75.

[3] 包立剛.高層框架層間隔震結(jié)構(gòu)抗震性能分析[D].天津：天津大學(xué),2012:60-64.

[4] 王蓉蓉.高層建筑大底盤框架結(jié)構(gòu)的隔震研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2013.

Study on design parameters of seismic isolation structure of rubber★

Liu Shi

(CivilCollege,JilinJianzhuUniversity,Changchun130000,China)

By using bilinear model, the elastic modulus and the isolation effect of the rubber cushion in the isolation structure design are analyzed by the relationship between bending moment and moment. The purpose of this paper is to analyze the design parameters of interlayer seismic isolation and provide a theoretical reference for reasonable application of seismic isolation.

interlayer isolation structure, sandwich rubber mat, design parameters, isolation effect

1009-6825(2016)32-0058-02

2016-09-05

劉 石(1980- )，女，博士，講師

TU352.1

A

★:橋梁橡膠隔振分析及設(shè)計(jì)研究(項(xiàng)目編號(hào)：861093)；吉林省科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃(項(xiàng)目編號(hào)：20160520179JH)