隔震支座力學模型綜述

(廣州大學土木工程學院 廣東 廣州 510006)

一、研究意義

隔震支座對地震響應的抵抗效果，受到很多因素的影響。趙麗潔等提出建筑底部橡膠支座不能承受巨大的轉動和平移，通過地震力輸入損壞，橡膠力學模型呈非線性。M.H.Aghashiri等以儲罐的基礎剪力和壁墻撓度為分析對象，提出鉛芯橡膠支座與摩擦擺支座相結合的隔震模型。張子翔研究橡膠隔震支座，需要用精準的數學力學模型建立相關關系，但支座的豎向剛度與水平剛度之間的耦合關系不能確定。因此，在隔震支座研究發展中，有必要對橡膠隔震支座力學模型進行研究。

本文在隔震支座研究過程中，針對不同的隔震難題，列舉了學者的解決方法。并在不同的建筑物隔震中，提出了適合隔震的支座，進行隔震支座力學模型試驗與模擬，結合學者得到的結論，驗證得到該力學模型適合此類建筑的抗震要求。

二、橋梁隔震體系力學模型

(一)摩擦擺隔震支座力學模型

目前橋梁支座大都是使用鉛芯橡膠隔震支座，橋梁隔震很少應用摩擦擺。當外力荷載激勵作用于橡膠支座，摩擦擺通過延長結構振動周期，降低地震放大系數，從而使地震輸入能量變小。Paolo M.Calvi等討論了雙曲率和三重摩擦擺的優點，結合歐洲兩個項目，提出可能出現的軸承上升和豎向加速度問題。李冰等對摩擦擺的力學模型進行等效線性質點研究，通過SAP2000計算與理論結果對比，得到簡化的力學模型能夠反映橋梁在真實地震作用下的動力響應，且誤差小于22.6%。

(二)多功能橋梁支座力學模型

地震發生后，建筑物會受到不同程度的損壞，對于重要通行的橋梁，需要考慮支座的溫差變化、混凝土收縮和徐變產生的應力引起的大位移，卓越周期引起的共振。吳宜峰等將聚四氟乙烯-不銹鋼板支座和鉛芯橡膠支座組合設計，提出一種多功能隔震支座，結合ANSYS數值模擬加載工況，鋼板和橡膠決定支座具有良好的剪切和滑移性能，得到的滯回曲線與實際試驗結果吻合。

三、建筑隔震體系力學模型

(一)滑板式支座力學模型

當下部地震波傳遞至隔震層，容易使建筑結構達到卓越周期。為了不引起整體共振，需設置滑板式支座，隔震支座滑動后隔震層剛度為零，因而能抵抗所有地震波引起的共振效應。同時，滑板摩擦消耗地震能量，使地震力激勵響應衰弱。但滑板支座存在著摩擦力效果降低，上部結構容易傾覆，變形后不能自動復位等問題。

(二)普通橡膠、鉛芯橡膠和高阻尼橡膠支座力學模型

圖(a)的普通橡膠支座采用了多層薄橡膠層，在高溫高壓下硫化形成。圖(b)的鉛芯橡膠隔震支座是在普通橡膠的基礎上，開孔后灌注鉛芯材料，提高阻尼性能。雖然普通層疊橡膠與鉛芯橡膠隔震支座的生產與制作趨于成熟，但是強烈的地震力使橡膠層與鋼板分離，需要考慮橡膠粘結層的使用材料，橡膠老化氧化問題。Athanasios A.Markou等提出圖(c)的高阻尼剪切特性模型，依據阻尼器和彈塑性元件來描述橡膠剛度和消耗能量等的變化。

圖1 各類橡膠支座分析模型

四、結語

隔震支座力學模型的分析需要結合實際的建筑類型、不同材料性能的相關性和施工工藝等問題。地震力的評估指標和響應技術，需要根據支座力學模型來分析。隨著建筑功能的要求越來越高，傳統的隔震支座滿足不了高層和大跨度建筑的抗震要求，需要設計新型的隔震支座，研究復雜建筑的力學模型。對于高阻尼、多功能、易施工、便于安裝的隔震支座，其力學模型需要有待進一步研究和分析。