高阻尼橡膠隔震支座速度相關(guān)性力學(xué)模型的理論與試驗研究.pdf

1、隔震技術(shù)是目前被廣泛應(yīng)用的一種減震手段，1995年日本阪神地震、我國2008年汶川地震以及2013年蘆山地震已經(jīng)證明了隔震技術(shù)能有效提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。在各類隔震裝置中，疊層橡膠隔震支座的應(yīng)用數(shù)量最多。在過去的數(shù)十年中，疊層橡膠隔震支座主要包括兩類，即天然橡膠隔震支座和鉛芯橡膠隔震支座，近年來，出現(xiàn)了一種新型的高阻尼橡膠隔震支座。這種支座在橡膠中加入了高阻尼添加劑，從而使支座具有良好的耗能性能，能顯著增加結(jié)構(gòu)阻尼和延長結(jié)構(gòu)周期，在提高結(jié)

2、構(gòu)抗震性能的同時避免了對環(huán)境造成污染。因此高阻尼橡膠隔震支座受到各國研究者的高度重視，并且已經(jīng)在國內(nèi)外重大工程中得到應(yīng)用。
　　高阻尼橡膠隔震支座具有很強的非線性和速度相關(guān)性，傳統(tǒng)的本構(gòu)模型很難準(zhǔn)確模擬這種力學(xué)特性。本文從材料層次的高阻尼橡膠特性出發(fā)，通過理論分析、試驗驗證和數(shù)值模擬，逐漸上升到構(gòu)件和結(jié)構(gòu)層次，提出了高阻尼橡膠隔震支座的速度相關(guān)性本構(gòu)模型，定量分析了支座的速度相關(guān)性對隔震結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響。論文主要包含以下五個方面

3、的工作：
　?。?）從高阻尼橡膠的材料特性著手，基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的超彈性和粘彈性理論，提出了考慮速度相關(guān)性的高阻尼橡膠隔震支座本構(gòu)模型RDCM（Rate-Dependent Constitutive Model）。該模型有兩個超彈性彈簧單元和一個非線性變阻尼單元，將高阻尼橡膠隔震支座的總應(yīng)力分為速度相關(guān)和速度無關(guān)兩部分，能夠準(zhǔn)確模擬高阻尼橡膠隔震支座的速度相關(guān)性力學(xué)行為。
　?。?）以高阻尼橡膠隔震支座速度相關(guān)性本構(gòu)模型（R

4、DCM）為基礎(chǔ)，以橡膠材料為紐帶，完成了天然橡膠和超高阻尼橡膠的多步松弛試驗和循環(huán)剪切試驗，建立了天然橡膠支座、高阻尼橡膠支座和超高阻尼橡膠支座這三種橡膠隔震支座統(tǒng)一的速度相關(guān)性本構(gòu)模型GRDCM（Generalized Rate-Dependent Constitutive Model）。
　?。?）從硬件和控制方法兩個角度對傳統(tǒng)的實時子結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)進行改進，借助基于速度控制的實時子結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)，定量分析了三種橡膠隔震支座的速度

5、相關(guān)性對隔震橋梁地震響應(yīng)的影響。
　　（4）基于本文提出的速度相關(guān)性本構(gòu)模型和傳統(tǒng)的速度無關(guān)性模型，采用數(shù)值方法模擬了隔震橋梁的實時子結(jié)構(gòu)試驗結(jié)果，揭示了考慮速度相關(guān)性的支座力學(xué)模型在隔震結(jié)構(gòu)動力時程分析中的必要性，同時驗證了本文模型的準(zhǔn)確性。
　?。?）在高阻尼橡膠隔震支座速度相關(guān)性本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，進一步考慮了豎向壓力對隔震支座速度相關(guān)性的影響，建立了適用于隔震建筑的且綜合考慮豎向壓力和速度相關(guān)性的高阻尼橡膠隔震支座力學(xué)