水平位移加載方式對(duì)鉛芯橡膠支座力學(xué)性能的影響

王建強(qiáng)，劉耀東，辛 偉，李 政，趙 軍

(1.鄭州大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 鄭州 450001;2.成都基準(zhǔn)方中建筑設(shè)計(jì)有限公司，四川 成都 610021)

水平位移加載方式對(duì)鉛芯橡膠支座力學(xué)性能的影響

王建強(qiáng)1，劉耀東1，辛 偉2，李 政1，趙 軍1

(1.鄭州大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 鄭州 450001;2.成都基準(zhǔn)方中建筑設(shè)計(jì)有限公司，四川 成都 610021)

對(duì)鉛芯橡膠支座進(jìn)行了壓、剪力學(xué)性能試驗(yàn)，研究了不同水平位移加載順序和加載頻率對(duì)支座力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:水平位移遞增加載時(shí)支座的屈服力、屈服后剛度、水平等效剛度和等效阻尼比均大于遞減加載時(shí)支座的性能，隨著支座剪切變形的增大，加載順序?qū)χё髣偠群退降刃偠鹊挠绊懼饾u減小;水平位移加載頻率較小時(shí)，加載頻率對(duì)支座力學(xué)性能有一定的影響，隨著加載頻率的增大，加載頻率對(duì)支座力學(xué)性能的影響逐漸減小。

鉛芯橡膠支座 力學(xué)性能 加載順序 加載頻率

鉛芯橡膠支座是在普通橡膠支座中加入一定數(shù)量的鉛芯，使支座不僅具有合理的水平剛度，而且具有一定的阻尼，提高了支座的耗能能力，在房屋建筑和橋梁工程中得到了廣泛的應(yīng)用，并在多次實(shí)際地震中表現(xiàn)出良好的隔震效果。近年來(lái)，研究人員對(duì)鉛芯橡膠支座進(jìn)行了試驗(yàn)和分析［1-5］，對(duì)普通鉛芯橡膠支座和多鉛芯橡膠支座的基本力學(xué)性能和彈塑性力學(xué)性能進(jìn)行了較為深入的研究。本文將對(duì)鉛芯橡膠支座進(jìn)行壓、剪試驗(yàn)，研究水平加載順序和加載頻率對(duì)支座剪切性能的影響。

1 試驗(yàn)概況

本試驗(yàn)采用國(guó)內(nèi)某廠家生產(chǎn)的LRB200型鉛芯橡膠支座，支座構(gòu)造如圖1所示，支座參數(shù)見(jiàn)表1。試驗(yàn)加載設(shè)備包括:豎向加載采用1臺(tái)1 500 kN電液伺服作動(dòng)器，行程為±250 mm;水平加載采用1臺(tái)500 kN電液伺服作動(dòng)器，行程為±125 mm。豎向加載和水平加載可同時(shí)進(jìn)行，加載方式為荷載或位移，輸入波形為正弦波、三角波、梯形波、斜波、組合波、地震波等。數(shù)據(jù)采集采用全自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。對(duì)鉛芯橡膠支座進(jìn)行壓剪試驗(yàn)(如圖2所示)，豎向加載采用荷載控制，支座的豎向壓力均為10 MPa，水平加載采用位移控制，輸入正弦波，試驗(yàn)工況如下述。

圖1 支座構(gòu)造示意(單位:mm)

圖2 支座加載

工況1:對(duì)支座進(jìn)行剪切變形由小至大的水平位移遞增加載，支座的剪切變形由小至大分別為50%，100%，150%，200%，加載頻率為0.1 Hz。

工況2:對(duì)支座進(jìn)行剪切變形由大至小的水平位移遞減加載，支座的剪切變形由大至小分別為200%，150%，100%，50%，加載頻率為0.1 Hz。

工況3:對(duì)支座進(jìn)行不同水平加載頻率的壓剪試驗(yàn)，支座的剪切變形分別為 50%，100%，150%，200%，水平加載頻率分別為 0.001，0.005，0.010，0.050，0.100 Hz。

工況1和工況2主要研究水平位移的加載順序?qū)?/p>

支座力學(xué)性能的影響，為減小工況1對(duì)工況2的影響，工況1試驗(yàn)完成后，將支座取下靜置7 d后再進(jìn)行工況2的試驗(yàn)。工況3主要研究水平加載頻率對(duì)支座力學(xué)性能的影響，每完成一個(gè)剪切變形不同加載頻率的試驗(yàn)后，將支座取下靜置3 d后再進(jìn)行下一個(gè)剪切變形不同加載頻率的試驗(yàn)。鉛芯橡膠支座的壓剪試驗(yàn)采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《橡膠支座 第1部分:隔震橡膠支座試驗(yàn)方法》(GB/T 20688.1—2007)［6］中所推薦的加載3個(gè)循環(huán)的試驗(yàn)方案。為保證第3個(gè)循環(huán)試驗(yàn)曲線的完整性，本次試驗(yàn)實(shí)際進(jìn)行了4個(gè)循環(huán)的加載，取第3個(gè)循環(huán)的試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算支座的屈服力、屈服后剛度、水平等效剛度和等效阻尼比。

表1 支座參數(shù)

2 加載順序?qū)χёW(xué)性能的影響

工況1和工況2作用下，水平位移加載順序?qū)χёΑ⑶髣偠取⑺降刃偠群偷刃ё枘岜鹊挠绊懭鐖D3所示。

由圖3可以看出:

①遞增加載時(shí)支座的屈服力、屈服后剛度、水平等效剛度和阻尼比均大于遞減加載時(shí)支座的性能;

②剪切變形對(duì)支座的屈服力影響較小，遞增加載時(shí)支座的屈服力比遞減加載時(shí)增大了20%左右;

③支座的屈服后剛度和水平等效剛度隨著剪切變形的增大而減小，剪切變形為50%，遞增加載時(shí)支座的屈服后剛度和水平等效剛度比遞減加載時(shí)分別增大了18%和20%，隨著剪切變形的增大，二者的差異逐漸減小;

④支座的等效阻尼比隨著剪切變形的增大而有所減小，水平位移加載順序?qū)χё刃ё枘岜鹊挠绊戄^小。

圖3 水平位移加載順序?qū)χёW(xué)性能的影響

3 加載頻率對(duì)支座力學(xué)性能的影響

圖4 水平位移加載頻率對(duì)支座力學(xué)性能的影響

工況3作用下，水平位移加載頻率對(duì)支座屈服力、屈服后剛度、水平等效剛度和等效阻尼比的影響如圖4所示。由圖中可以看出:①水平位移加載頻率由0.001 Hz增大至0.010 Hz時(shí)，支座的屈服力和水平等

效剛度逐漸增大，增大了約8%左右，而支座的屈服后剛度和等效阻尼比有所增大或降低，變化幅度在10%以內(nèi);②水平位移加載頻率由0.01 Hz增大至0.10 Hz時(shí)，支座的屈服力和等效阻尼比基本保持不變或有所降低，變化幅度在8%以內(nèi)，而支座的屈服后剛度和水平等效剛度則隨著加載頻率的增大而增大，特別是在剪切變形為50%時(shí)，支座的屈服后剛度和水平等效剛度增大了約10%，隨著剪切變形的增大，水平位移加載頻率對(duì)其的影響逐漸減小。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)鉛芯橡膠支座的力學(xué)性能試驗(yàn)，研究了水平位移加載順序和加載頻率對(duì)鉛芯橡膠支座力學(xué)性能的影響，得出了以下主要結(jié)論:

1)水平位移遞增加載時(shí)支座的屈服力大于遞減加載時(shí)支座的屈服力;隨著剪切變形的增大，加載順序?qū)χё髣偠群退降刃偠鹊挠绊懼饾u減小;加載順序?qū)χё刃ё枘岜鹊挠绊戄^小。

2)水平位移加載頻率較小時(shí)，加載頻率對(duì)支座屈服力、屈服后剛度、水平等效剛度和等效阻尼比有一定影響，隨著加載頻率的增大，加載頻率對(duì)支座剪切性能的影響逐漸減小。

［1］吳彬，莊軍生，臧曉秋.鉛芯橡膠支座的非線性動(dòng)態(tài)分析力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)研究［J］.工程力學(xué)，2004，21(5):144-149.

［2］杜修力，韓強(qiáng)，劉文廣，等.方形多鉛芯橡膠支座力學(xué)性能研究［J］.地震工程與工程振動(dòng)，2006，26(2):125-130.

［3］朱騰宇，朱玉華.鉛芯橡膠支座滯回特性的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究［J］.結(jié)構(gòu)工程師，2012，28(4):128-132.

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［5］江宜城，聶肅非，葉志雄，等.多鉛芯橡膠隔震支座非線性力學(xué)性能試驗(yàn)研究及其顯式有限元分析［J］.工程力學(xué)，2008，25(7):11-17.

［6］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB/T 20688.1—2007 橡膠支座 第1部分:隔震橡膠支座試驗(yàn)方法［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

Influence of imposed lateral displacement mode on mechanical performance of lead-centered rubber bearings

WANG Jianqiang1，LIU Yaodong1，XIN Wei2，LI Zheng1，ZHAO Jun1
(1.School of Civil Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450001，China; 2.Chengdu JZFZ Architecture Design Co.，Ltd.，Chengdu Sichuan 610021，China)

T he compressive-shear tests of the lead-centered rubber bearings were carried out，the influence of the loading sequence and loading frequency on the mechanical performance of the bearings was studied.T he results show that when the lateral displacement of the bearing is increased，the yield force，post-yield stiffness，horizontal equivalent stiffness and equivalent damping ratio are greater than those when the lateral displacement is inclined.As the shear deformation of the bearing increases，the loading sequence has little effect on the post-yield stiffness and horizontal equivalent stiffness.W hen the lateral displacement loading frequency is at low level，the loading frequency affects the mechanical performance of the bearing to some extent.As the loading frequency increases，the loading frequency has little effect on the mechanical performance of the bearing.

Lead-centered rubber bearing;M echanical performance;Loading sequence;Loading frequency

U443.36+1

:ADOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2015.09.09

(責(zé)任審編 趙其文)

2015-04-07;

:2015-06-19

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(U1204502);河南省重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(102102210062);河南省高校科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(15IRTSTHN026)

王建強(qiáng)(1975— )，男，河南鄭州人，教授，博士。

1003-1995(2015)09-0029-03