橡胶支座抗压弹性模量计算公式_隔震支座的这些力学特性您都掌握了吗?
隔震
支座
叠层橡胶隔震支座,
是隔震设计中应用最为广泛的隔震装置。
了解隔震支座的力学特性,
在软件中设置正确的参数,
是做好隔震设计最基本的前提。
那么,隔震支座的这些特性您都掌握了吗?
叠层橡胶隔震支座
叠层橡胶隔震支座是由多层橡胶和钢板互相叠合粘接而成。目前,常见的种类有天然橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座和高阻尼橡胶隔震支座,其中前两种最为常用。由于隔震支座本身的结构特点,其轴向和水平向有着迥异的力学特性。
叠层橡胶隔震支座
竖向压缩时,橡胶由于受到钢板的约束作用,外加橡胶的近似不可压缩的特性,橡胶中心部分处于三向受压状态,轴向抗压能力与RC柱基本相当;竖向拉伸时,变形主要由橡胶承担,橡胶的抗拉刚度较抗压刚度低很多,因而隔震支座的抗拉刚度很低,一般是抗压刚度的1/10~1/7。
水平作用时,中间钢板不能约束橡胶的剪切变形,隔震支座的剪切变形主要是橡胶的剪切变形。橡胶的剪切刚度很小,因此天然橡胶隔震支座的水平剪切刚度很小,剪切变形很大。铅芯隔震支座剪切刚度由铅芯和橡胶共同提供,刚度会比天然橡胶大很多,但铅芯本身塑性变形能力很强,屈服力较低,因而隔震支座的剪切变形还是很大的。
在SAUSAGE及SAUSG-PI中如何设置
目前,隔震支座在有限元软件中进行模拟分析时基本都采用2节点一维单元,每个节点都是6个自由度。但是由隔震支座的不具备抗弯及抗扭刚度,因此,一般不需要考虑隔震支座的弯曲刚度和扭转刚度。
SAUSAGE和SAUSG-PI中天然橡胶隔震支座
SAUSAGE和SAUSG-PI中铅芯橡胶隔震支座
隔震支座三个平动自由度对应的刚度分别是:
1) 轴向刚度:
拉压均为线弹性本构,拉压刚度异性。
隔震支座轴向滞回模型
软件中设置轴向拉压刚度异性
2) 水平方向:
天然橡胶隔震支座为双向线弹性本构。铅芯隔震支座为双向非线性滞回(双折线模型或Wen模型)本构。
隔震支座剪切滞回模型
铅芯隔震支座剪切二折线本构
关于弯曲
隔震支座不具备抗弯及抗扭刚度,给我们的第一反应是隔震支座不会传递任何弯矩扭矩。但是,由于隔震支座剪切变形通常都很大,需要考虑隔震支座的二阶效应,即由隔震支座水平变形产生附加的弯矩。而且,隔震支座的剪力也会使隔震支座两端产生附加弯矩。
在《隔震结构设计标准》(征求意见稿)附录C中,隔震支座连接设计考虑隔震支座水平变形产生的附加弯矩。其计算公式如下:
隔震支墩及连接部位变形示意图
该公式考虑了隔震支座的水平向的剪切变形,其竖向变形及弯曲变形都忽略不计。
SAUSG-PI可以直接的导出隔震支座的各内力分量及相对变形数值,通过SAUSG-PI可以很方便得出隔震支座水平变形产生的附加弯矩。
结语
一个看似简单的隔震支座,想要模拟好其力学特性,还是有一些需要注意的地方的,您都掌握这些特性了吗?
1) 轴向虽然是线性的,但是拉压刚度需要分别考虑;
2) 水平向需要根据隔震支座类型考虑线性弹性本构或者二折线本构;
3) 隔震支座虽然没有弯曲刚度,但是需要考虑由于剪切变形产生的附加弯矩。
有兴趣的同学不妨在家就用SAUSG-PI软件上手试试吧!
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