減隔震支座剛度模擬

1、減隔震支座剛度模擬具體問(wèn)題公路橋梁抗震細(xì)則（JTG B02-01-2008）中10.2減減隔震裝裝置10.2.1常用用的減隔隔震支座座裝置分分為整體體型和分分離型兩兩類(lèi)10.2.2 目目前常用用的整體體型減隔隔震裝置置有：1.鉛芯橡橡膠支座座。2.高阻尼尼橡膠支支座。3.摩擦擺擺式減隔隔震支座座。10.2.3目前前常用的的分離型型減隔震震裝置有有：1.橡膠支支座+金屬阻阻尼器。2. 橡膠膠支座+摩擦阻阻尼器。3. 橡膠膠支座+黏性材材料阻尼尼器。 目目前設(shè)計(jì)計(jì)人員存存在兩個(gè)個(gè)常見(jiàn)的的誤區(qū)，其其一抗震震分析時(shí)時(shí)一味的的考慮用用橋墩的的塑性能能力耗散散地震效效應(yīng)，忽忽略增設(shè)設(shè)減隔震震支座的的設(shè)計(jì)思

2、思路。其其二由于于設(shè)計(jì)人人員對(duì)減減隔震支支座的模模擬方式式不清楚楚，造成成潛意識(shí)識(shí)里回避避減隔震震支座的的采用。本本文考慮慮上述兩兩點(diǎn)對(duì)抗抗震規(guī)范范10.2.22條中涉涉及的支支座模擬擬進(jìn)行說(shuō)說(shuō)明。分分離式減減隔震裝裝置另文文敘述。解決辦法鉛芯橡膠支支座的模模擬1.1涉及及規(guī)范及及支座示示意圖(公路路橋梁鉛鉛芯隔震震橡膠支支座（JJT/TT 8222-220111）)等價(jià)線性化模型實(shí)際滯回曲線等價(jià)線性化模型實(shí)際滯回曲線 1.2鉛芯芯橡膠支支座的實(shí)實(shí)際滯回回曲線和和等價(jià)線線性化模模型圖1.1實(shí)實(shí)際滯回回曲線圖圖 圖1.22等價(jià)線線性化模模型從實(shí)際滯回回曲線可可以得到到3點(diǎn)重重要的結(jié)結(jié)論：鉛芯橡膠

3、支支座的位位移剪力力曲線所所圍面積積明顯大大于較普普通的橡橡膠支座座，而且且滯回曲曲線所謂謂面積反反映了支支座耗能能能力，故故間隔震震支座（對(duì)對(duì)于本圖圖為鉛芯芯橡膠支支座）的的本質(zhì)是是通過(guò)自自身的材材料或構(gòu)構(gòu)造特性性提供更更有效的的耗能機(jī)機(jī)制，耗耗散地震震產(chǎn)生的的能量，從從而起到到減輕地地震對(duì)結(jié)結(jié)構(gòu)的破破壞程度度。實(shí)際滯回曲曲線一般般為梭形形，圖形形成反對(duì)對(duì)稱形態(tài)態(tài)。目前前通用的的方法是是將其等等效為圖圖1.22所示的的線性化化模型。通通過(guò)K11 、KK2、 KE 、Qyy四個(gè)參參數(shù)來(lái)模模擬鉛芯芯橡膠支支座的滯滯回曲線線。.等價(jià)線性化化模型中中涉及的的四個(gè)參參數(shù)含義義如下：K1彈性剛剛度：表表

4、示初始始加載時(shí)時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)處于彈彈性狀態(tài)態(tài)是的剛剛度（力力與變形形之間的的關(guān)系）。 K2屈服服剛度：表示屈屈服之后后的剛度度。 KE等效效剛度：等效的的含義是是指如果果不考慮慮加載由由彈性到到塑性的的變化過(guò)過(guò)程，僅僅考慮屈屈服后累計(jì)位移移與力的的關(guān)系折折算出的的剛度。Qy上述述三個(gè)參參數(shù)僅提提供剛度度的采用用值（可可以理解解為曲線線斜率的的概念），但但具體受受力到多大開(kāi)始采采用屈服服剛度，由由Qy提供供明確的的界定點(diǎn)點(diǎn)（即屈屈服點(diǎn)）。1.3程序序中如何何實(shí)現(xiàn)上上述等價(jià)價(jià)線性化化模型805版本本點(diǎn)擊：邊界一般連連接一般連連接特性性添加，選選擇特性性值類(lèi)型型選擇鉛鉛芯橡膠膠支座隔隔震裝置置，會(huì)彈彈出

5、如下下界面： 圖11.3定定義一般般連接特特性值本窗口用于于定義非非線性邊邊界的特特性值。通通過(guò)選擇擇特性值值類(lèi)型選選擇不同同的力學(xué)學(xué)模型，對(duì)對(duì)于鉛芯芯橡膠支支座如上上圖所示示選擇對(duì)對(duì)應(yīng)內(nèi)容容。定義內(nèi)容主主要包括括三部分分內(nèi)容:第一部分定定義自重重及使用用質(zhì)量，由由于程序序定義邊邊界條件件僅定義義連接特特性，對(duì)對(duì)于支座座本身的的質(zhì)量在在此處考考慮。第二部分定定義線性性特性值值：結(jié)構(gòu)構(gòu)分析一一般分為為線性分分析及非非線性分分析，對(duì)對(duì)于抗震震可以狹狹義的理理解為反反應(yīng)譜分分析和時(shí)時(shí)程分析析。反應(yīng)應(yīng)譜分析析理論上上屬于靜靜力分析析的范疇疇，程序序會(huì)調(diào)用用此處定定義的線線性特性性值。故故結(jié)合上上頁(yè)剛度

6、度的描述述，等效效剛度KKE的值值在這里里輸入。對(duì)對(duì)于時(shí)程程分析的的直接積積分法，程程序可以以通過(guò)非非線性特特性值中中的內(nèi)容容確定結(jié)結(jié)構(gòu)的阻阻尼情況況，故這這里無(wú)需需定義有有效阻尼尼（如果果用戶在在線性分分析中需需要考慮慮有效阻阻尼可在在此處輸輸入，有有效阻尼尼的概念念類(lèi)似有有效剛度度，主要要用于非非線性單單元中線線性自由由度方向向阻尼屬屬性，以以及所有有自由度度在線性性分析工工況的阻阻尼屬性性）。第三部分用用于定義義非線特特性值：Civvil程程序可以以考慮兩兩個(gè)剪切切方向成成分互相相關(guān)聯(lián)且且具有雙雙軸塑性性特性，其其中軸向向、扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、兩個(gè)個(gè)方向的的彎曲成成分均為為線性且且相互獨(dú)獨(dú)立。并并使

7、用PParkk, WWen, annd AAng(19886)在在Wenn(19976)建議的的單軸塑塑性公式式基礎(chǔ)上上擴(kuò)展的的雙軸塑塑性計(jì)算算公式。對(duì)于鉛芯橡橡膠支座座截面如如下圖所所示：左圖用于定定義鉛芯芯橡膠支支座非線線性特性性值，閱閱讀本文文1.22后不難難理解輸輸入各項(xiàng)項(xiàng)含義，各各輸入?yún)?shù)與圖圖1.22對(duì)應(yīng)關(guān)關(guān)系如下下所示：彈性剛度K1屈服剛度Qy屈服后剛度度與彈性性剛度之之比KK2/KK1兩個(gè)滯后循循環(huán)參數(shù)數(shù)：可采采用程序序默認(rèn)值值，用戶戶如有需需要可修修改其值值。左圖標(biāo)明了了程序計(jì)計(jì)算鉛芯芯橡膠支支座采用用的計(jì)算算公式及及滯回曲曲線形狀狀示意圖圖。此部部分內(nèi)容容詳解請(qǐng)請(qǐng)參閱北京

8、京邁達(dá)斯斯技術(shù)有有限公司司出版的的分析析設(shè)計(jì)原原理88.5.11章章節(jié)相關(guān)關(guān)內(nèi)容。 圖1.4定定義非線線性特性性值1.4各參參數(shù)如何何確定 經(jīng)過(guò)過(guò)1.33的描述述，對(duì)于于程序如如何處理理鉛芯橡橡膠支座座應(yīng)該有有了比較較全面的的掌握。接接下來(lái)我我們討論論設(shè)計(jì)中中如何確確定各參參數(shù)的數(shù)數(shù)值。 對(duì)于于鉛芯橡橡膠支座座，公公路橋梁梁鉛芯隔隔震橡膠膠支座（JT/T 822-2011）附錄中有詳細(xì)的規(guī)格表，其中明確表明了各型號(hào)支座的力學(xué)性能，其中包括：鉛芯屈服力、剪切彈性模量、屈服后剛度、水平等效剛度、等效阻尼比等內(nèi)容。 現(xiàn)現(xiàn)以附錄錄中表AA.2 Y4QQ圓形鉛鉛芯隔震震橡膠支支座規(guī)范范系列參參數(shù)表為為例

9、說(shuō)明明Civvil程程序中各各參數(shù)與與表格中中各參數(shù)數(shù)的對(duì)應(yīng)應(yīng)關(guān)系。圖1.4定定義非線線性特性性值結(jié)合上文內(nèi)內(nèi)容不難難得到如如下對(duì)應(yīng)應(yīng)表：參數(shù)對(duì)應(yīng)表表根據(jù)上述對(duì)對(duì)應(yīng)表以以及規(guī)范范規(guī)格表表可以非非常容易易的確定定Civvil程程序中各各參數(shù)的的輸入值值。具體體輸入情情況詳見(jiàn)見(jiàn)圖1.3、圖圖1.44。 高阻尼隔隔振橡膠膠支座2.1涉及及規(guī)范及及支座示示意圖（公公路橋梁梁高阻尼尼隔震橡橡膠支座座（JTT/T 8422-20012）2.2高阻阻尼橡膠膠支座的的等效雙雙線性恢恢復(fù)力模模型比較圖1.5及圖圖1.22可以得得到如下下結(jié)論：高阻尼尼和鉛芯芯橡膠支支座的恢恢復(fù)力模模型沒(méi)有有本質(zhì)上上的區(qū)別別，兩種

10、種支座均均是利用用鉛芯或或者高阻阻尼橡膠膠本身具具有的很很好的耗耗能特性性實(shí)現(xiàn)隔隔震的作作用。故故設(shè)計(jì)人人員完全全可以像像鉛芯橡橡膠支座座一樣輸輸入對(duì)應(yīng)應(yīng)參數(shù)即即可。圖1.5規(guī)規(guī)范圖AA.1支支座的等等效雙線線性恢復(fù)復(fù)力模型型2.3各參參數(shù)如何何確定公路橋梁梁高阻尼尼隔震橡橡膠支座座（JTT/T 8422-20012）P24頁(yè)附錄表B.1如下圖所示圖1.6規(guī)規(guī)范附錄錄表格摘摘錄圖1.7規(guī)規(guī)范附錄錄表格局局部鑒于2.22中結(jié)論論，高阻阻尼橡膠膠支座的的錄入完完全與鉛鉛芯橡膠膠支座一一致，在在此不再再贅述各各參數(shù)的的輸入。需需要注意意的是：高阻阻阻尼支座座規(guī)格表表中給出出了豎向向壓縮剛剛度的值值，

11、鉛芯芯橡膠支支座表格格中沒(méi)有有此項(xiàng)，但但考慮到到豎向一一般不會(huì)會(huì)出現(xiàn)屈屈服，故故可否參考高高阻尼支支座豎向向剛度量量級(jí)確定定鉛芯橡橡膠支座座甚至彈彈性計(jì)算算中的盆盆式支座座（高阻阻尼支座座表格中中豎向壓壓縮剛度度范圍：3000-26600kkN/mmm）。3 摩擦擦擺減隔隔振支座座3.1涉及及規(guī)范及及支座示示意圖（目目前暫無(wú)無(wú)此類(lèi)支支座的行行業(yè)規(guī)范范）3.2摩擦擦擺支座座的力學(xué)學(xué)模型及及恢復(fù)力力模型圖1.7 力學(xué)模模型 圖1.88 恢復(fù)復(fù)力模型型摩擦擺隔震震支座的的力學(xué)模模型反應(yīng)應(yīng)了摩擦擦擺如何何利用本本身巧妙妙的構(gòu)造造特性起起到隔震震作用，核核心想法法是地震震作用下下，支座座上下部部分可以以

12、在接觸觸面（曲曲面）上上自由的的擺動(dòng)，自自重作用用下支座座有自恢恢復(fù)的效效應(yīng)。比較摩擦擺擺支座的的恢復(fù)力力模型與與鉛芯橡橡膠支座座（高阻阻尼橡膠膠支座），可可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)程序處處理方法法依然采采用線性性化的恢恢復(fù)力模模型，但但需要注注意，線線性化后后的剛度度計(jì)算方方法與前前述兩種種支座有有著本質(zhì)質(zhì)上的不不同。具具體內(nèi)容容請(qǐng)參閱閱北京邁邁達(dá)斯技技術(shù)有限限公司出出版的分分析設(shè)計(jì)計(jì)原理8.5.12章節(jié)相關(guān)內(nèi)容。3.3程序序中如何何實(shí)現(xiàn)上上述等價(jià)價(jià)線性化化模型恢復(fù)力模型型采用的的3個(gè)公式式含義：（1）“ff=”公公式表示示了支座座剪切力力（f）與剪剪切變形形（d）的關(guān)系系。公式式中還將將涉及另另外三個(gè)個(gè)量

13、：軸力P:可可以根據(jù)據(jù)外荷載載算得。曲率半徑RR:僅與支支座構(gòu)造造相關(guān)。其余兩個(gè)變變量Z、:由2 33公式求求的。（2）滯回回變量zz:本公公式為微微分方程程，涉及及變量包包括：結(jié)構(gòu)剛度kk：結(jié)構(gòu)構(gòu)確定剛剛度既定定。軸力P：由由外荷載載決定。等效摩擦系系數(shù)：由公公式3求的。Sign：符號(hào)函函數(shù)。滯回參數(shù)：均可采采用默認(rèn)認(rèn)值0.5.（4）等效效摩擦系系數(shù)：涉及參參數(shù)包括括：f/ss：快時(shí)時(shí)、慢時(shí)時(shí)摩擦系系數(shù)。r：摩擦系系數(shù)變化化參數(shù)。v:剪切變變形速度度（剪切切位移的的導(dǎo)數(shù)）注意：左圖并不是是滯回曲曲線，表表示摩擦擦系數(shù)與與加載速速度的關(guān)關(guān)系。圖1.9 摩擦擺擺支座非非線性特特性值通過(guò)對(duì)輸入入界

14、面涉涉及公式式的分析析可以非非常清晰晰的了解解程序如如何模擬擬摩擦擺擺支座。并并列表如如左圖所所示。3.4 各各設(shè)計(jì)參參數(shù)如何何確定設(shè)計(jì)人員選選取參數(shù)數(shù)面臨22各問(wèn)題：廠家規(guī)規(guī)格表中中提供的的參數(shù)相相對(duì)較少少，如下下表所示示；理論論公式中中剛度kk值的取取法?；瑒?dòng)面半徑徑: 由理論公式式:T=22Rg T=3S 可求 R=22.244 (2)摩摩擦系數(shù)數(shù)(f/s)及r值：一般廠家會(huì)會(huì)提供各各規(guī)格支支座實(shí)驗(yàn)驗(yàn)數(shù)值（右右圖為橋橋梁減震震、隔振振支座和和裝置p180頁(yè)插圖）通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)可得得到快時(shí)時(shí)及慢時(shí)時(shí)摩擦系系數(shù)。速速度變化化參數(shù)rr實(shí)際是是按上述述公式擬擬合曲線線得到的的參數(shù)：圖1.100

15、摩擦擦擺支座座實(shí)驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)本例咨詢廠廠家意見(jiàn)見(jiàn)后個(gè)系數(shù)取取值如下下：一般在00.011-0.06之之間，根根據(jù)產(chǎn)品品實(shí)驗(yàn)曲曲線比較較容易確確定。本本例取 0.004/00.033r一般取220seec/mm這個(gè)數(shù)數(shù)量級(jí)，本例取22。k=Fd=wd(本例=0.04W=55000D=0.0025k=8.8e5)注意：W取計(jì)算k=Fd注意：W取計(jì)算軸力還是取支座的承載力結(jié)果會(huì)不同.取支座承載力便于操作，如支座承載力與計(jì)算反力相當(dāng)，對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大。橋梁減震震、隔振振支座和和裝置一一書(shū)中提提到摩擦擦擺減震震、隔震震支座初初始剛度度K1，根根據(jù)美國(guó)國(guó)的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)，可取取2.55mm位位移時(shí)的的等效剛剛度。故可考慮滑滑動(dòng)前剛剛度k計(jì)計(jì)算方法法如下：k=Fd本例=00.044 W=550000 D=00.00025 k=88.8ee54.全文總總結(jié)（1）本文文結(jié)合規(guī)規(guī)范詳述述了Ciivill程序如如何通過(guò)過(guò)定義邊邊界條件件中的一一般連接接實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)減隔震震支座的的模擬。（2）鉛芯芯橡膠支支座和高高阻尼橡橡膠支座座的滯回回模型本本質(zhì)是一一致的，而而且相應(yīng)應(yīng)規(guī)范中中提供了了各規(guī)格格支座產(chǎn)產(chǎn)品的詳詳細(xì)力學(xué)學(xué)特性值值。工程