ETABS中橡膠支座動力特性分析

王猛 李何瀟 孫玥 周興

摘 要：通過ETABS對實際建筑案例對橡膠支座進行動力特性分析，介紹了地震波的選取的方法和其規范的要求，合理的選出7條地震波，并通過相應計算得到的支座的軸力時程曲線。

關鍵詞：隔震支座;ETABS;地震波;時程曲線

隔震建筑是運用最廣和最早的具有良好抗震效果的建筑，在地震下隔震建筑的隔震支座產生了變形，將地震帶來的地震作用加速度減小傳遞給建筑上部結構，提高了上部結構的周期，從而保護了建筑結構。為了分析建筑在罕遇地震下隔震支座的動力特性，本文通過ETABS軟件對實例隔震建筑進行隔震分析，為其他項目的隔震分析提供參考。

1? 結構概況

此模型通過一棟中學綜合樓改造而來，工程位于云南省普洱市，結構形式為框架形式，建筑層數為5層，建筑的高度是18.9m，寬度為16.5m，高寬比為1.1，乙類建筑，抗震設防烈度為8度，場地類別為Ⅱ類，設計地震分組為第三組，場地特征周期為0.45s，框架的抗震等級為二級。

2? 地震波的選取

對于運用ETBAS進行結構的隔震分析時，選擇地震波是非常重要的，其影響著結構的分析結果的可靠性。通常情況下需要考慮場地條件、遠近震和結構基本周期對地震波的選擇所帶來的影響[1]。通常不能選擇地震波持續時間較小的波，輸入的地震加速度時程曲線的有效持續時間也有規定，一般從首次達到該時程曲線最大峰值的10%那一刻開始，到最后一刻達到最大峰值的10%為止。此次本實例計算所選用的波為7條地震波，其中兩條人工波和五條天然波[3]。地震波的詳情具體見表1。

所選地震波的時程反應譜曲線與規范反應譜曲線的對比如圖1所示。

3? 橡膠支座的布置

在ETABS進行隔震分析時，由于橡膠隔震支座的力學特性，為了真實的模擬支座的特性，需要通過Isolator與GAP單元串聯來模擬橡膠支座。

此模型支座共用了2個LNR500、14個LRB600、8個LNR600。疊層橡膠支座的參數見表2，其中的豎向剛度是LNR500疊層橡膠支座的Abaqus模型中支座的豎向壓力和變形比值得到的，等效水平剛度取的是疊層橡膠支座在剪切變形為250%前的線性剛度，其值為支座水平應變與應力的比值。

隔震支座的布置最重要的是受力均勻，不能出現個別受力過大導致結構地震作用下的傾覆破壞，所以偏心率的計算能很好的知道支座布置是否均勻，一般國外對偏心率的要求為不大于3%，此結構計算所得偏心率最大為1.50%在X方向，具體數據見表3。

原結構三維圖如圖2，隔震支座的布置，支座位置編號如圖3：

4 橡膠支座軸力與位移的關系

罕遇地震作用下在ETABS中通常采用快速非線性分析方法，而通常在用FNA對隔震建筑進行時程分析的時候，軟件并沒有算上結構的恒荷載和活荷載，此時需要通過時程函數來加載，使用時程函數來定義一個FNA工況，荷載為恒荷載和活荷載，振型阻尼為0.99，其中荷載組合按規定組合。

通過計算可以看出，支座在1.0×恒荷載+1.0×水平地震-0.5×豎向地震組合下和1.0×恒荷載-1.0×水平地震-0.5×豎向地震組合下都有6個支座出現了拉應力，其中最大拉應力分別為21號LNR600支座的0.37MPa和1號LNR500支座0.41MPa，都位于建筑角柱下的隔震支座，以此看出結構的角部和結構的短邊容易出現較大拉應力。

也可以計算出罕遇地震下支座出現最大拉應力荷載組合下支座的最大位移，其中支座在X向七條波和Y向七條波的位移平均值最大都為0.340mm，位移最大值分別為0.442mm和0.461mm，最大位移出現在R1（ACC5）波作用下的支座1，其水平位移和軸力對比的時程數據見下圖4。

由圖4可知支座1在t=12.66S時，出現了最大位移分別為0.438、0.459m，R1-X波作用在t=12.7S時，出現了最大拉力80KN，R1-Y波作用在t=12.72S時，最大拉力6KN，從圖中可以看出支座在水平位移到達最大的時候軸力也達到最大。

參考文獻：

[1] 胡聿賢. 地震工程學（第2版）[M]. 地震出版社， 2006.

[2] 中華人民共和國國家標準. 建筑抗震設計規范 GB 50011-2010[S]. 北京： 中國建筑工業出版社， 2010.

[3] 王亞勇. 結構時程分析輸入地震動準則和輸出結果解讀[J]. 建筑結構， 2017， 47（11）： 1-6.

[4] 中華人民共和國行業標準. 建筑消能減震結構技術規程 JGJ 297-2013[S]. 北京： 中國建筑工業出版社， 2013.

[5] 燕山， 王偉. 橡膠類超彈性本構模型中材料參數的確定[J]. 橡膠工業， 2014， 61（8）： 453-457.

[6] Mooney M. A theory of large elastic deformation[J]. Journal of Applied Physics， 1940， 11（9）： 582-592.

作者簡介：

王猛（1987-）男，山東德州人，碩士研究生，研究方向：工程抗震。

（1.云南開放大學（云南國防工業職業技術學院），云南 昆明650500;2.云南民族大學，云南 昆明650500;3.云南省設計院集團，云南 昆明 650500）