复位橡胶-刚性摩擦滑板隔震支座(RSB)性能研究

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传统刚性滑板(PTFE)隔震支座仅适用于控制上部结构高宽比小,高度低的砖混砌体结构,缺乏复位能力,震后有很大的残余位移。适用范围单一,造价也相比同一类型的普通橡胶铅芯支座高。传统刚性滑板隔震支座也有明显的优点,竖向刚度大且耐久性强,不会因为干燥或者不润滑而影响摩擦系数,也不会因为外部温度变化而受到影响。硫化橡胶具有较高的弹性、耐热性、拉伸强度,由复位硫化橡胶制成的阻尼器装配在传统刚性滑板隔震支座里面提供有效的侧向刚度,能辅助刚性滑板隔震支座的复位并避免支座残余位移过大的局限性。基于传统刚性滑板(PTFE)隔震支座和硫化橡胶的基础性能,组合装配出复位橡胶—刚性摩擦滑板隔震支座。研究其复位性能进行了优化:(1)新型支座的主体部分沿用传统刚性滑板支座组成,基于在传统的刚性滑板支座的基础上分别在刚性滑板支座的四个端部上,对称的装配上一定相同硬度的橡胶块来满足支座的复位性能和一定的抗拉性能;(2)分析了该组合隔震支座的受力机理和耗能特性,并对其摩擦材料和结构进行分析进行改进研究,提出并通过ABAQUS验证了改进的方法,包括在组装结构上,耗能启动力和工作稳定性上进一步得到优化与验证。本文通过试验研究与有限元分析相结合的方法,主要研究内容如下:(1)介绍了带复位橡胶—刚性摩擦滑板隔震支座的理论基础,对前期研究成果进行了总结。分析刚性滑板隔震支座的在组合式支座下的耗能情况。在新型支座组合下的橡胶块在新型支座装置下的受力理论。(2)采用Haringx弹性理论对新型支座的复位橡胶体,分别进行了抗压,抗拉以及受力剪切的刚度计算公式。基于Haringx理论和库伦摩擦公式推导了新型支座在滑动时候产生回转角时的理论公式以及新型支座平稳滑移时的理论公式。(3)检测是否涂抹润滑剂的钢板与聚四氟乙烯板的摩擦系数,带复位橡胶—刚性摩擦滑板隔震支座耗能试验,采用250吨伺服直线作动器对方形纯橡胶体进行:1)10~30mm位移的水平剪切力学性能,进行了新型刚性滑板隔震支座的力学性能试验。2)探究该支座在不同的竖向荷载,3)不同类型的聚四氟乙烯板的摩擦性能。4)涂抹新型摩擦剂和不涂抹摩擦剂时其摩擦系数测出不同荷载下的水平剪切力—位移下的滞回曲线。试验结果分析得出,复位橡胶—刚性摩擦滑板隔震支座在有效的滑移区间内力学性能稳定。不同类型的聚四氟乙烯板的摩擦系数较小(0.02到0.05之间)相对稳定。是一种具有优良的抗压型支座,具备抗剪切的组合式复位型的理想支座。(4)复位橡胶—刚性摩擦滑板隔震支座的水平滑移位移的局限性,取决于其组合式支座中的橡胶体的水平极限剪切强度。当装配橡胶体保持着的弹性且内部不被破坏的状态下,新型支座保持着优良的复位性能。经过理论分析得出新型支座的侧向极限水平剪切位移与装配的橡胶块的形状影响相对较小,与支座本身的高度和橡胶块硬度,实际受剪切的面积直接相关。(5)通过ABAQUS模拟,建立传统刚性滑板隔震支座分别在10MPa和20MPa竖向荷载,复位橡胶—刚性摩擦滑板隔震支座在15MPa和20MPa与试验模拟出来的数据进行拟合。模拟结果表明,不同竖向荷载下的水平变形剪切力的复位橡胶—刚性摩擦滑板隔震支座的模拟力—位移曲线与试验模拟出的力—位移曲线相吻合。复位橡胶—刚性摩擦滑板隔震支座是一种有效且稳定的复位的一种新型支座。模拟出的力—位移曲线与试验模拟出的力—位移曲线与有铅芯叠层橡胶隔震支座相近,是一种理想的有阻尼带刚度新型支座。(6)探究橡胶块在极小的竖向压力下,其单边水平剪切力—位移的滞回曲线。拟设计采用1500吨压剪试验机对圆形纯橡胶体(100%,200%,极限250%)剪切应变的抗剪力学性能试验。探究其橡胶支座在此状态下材料的极限位移。试验中橡胶块伴随着试验的3个循环受力圈,外加一个单边极限水平剪切力的循环次数的依次试探性循环检测。试验表明:1)伴随着试验的循环次数增加发现橡胶体在100%剪切下出现短暂的小范围的侧向刚度衰减情况。2)200%水平剪切力下出现短暂的大范围的侧向刚度衰减情况。3)橡胶体支座在其250%应变下其水平剪切位移达到极限断裂临界,橡胶体的破坏状态为脆性破坏。4)装配的橡胶块自身的硬度对试验极限水平剪切位移有较大的影响。5)试验高强螺栓链接与橡胶块链接处发生一定的断裂现象,伴随着侧向位移增大会发生较大裂痕的水平剪切损伤情况,在支座实际使用时应该加强复位橡胶与钢板强化链接情况。
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