多铅芯橡胶隔震支座非线性力学性能试验研究

第２５卷第７期Ｖ０１．２５Ｎｏ．７工程

力学

２００８年７月

Ｊｕｌｙ

２００８

ＥＮＧＤ厄ＥＲ玎ｑＧ

砸ＣＨＡＮＩＣＳ

文章编号：１ｔ）００－４７５０（２００８）０７－００１１－０７

多铅芯橡胶隔震支座非线性力学性能试验研究

及其显式有限元分析

‘江宜城１‘２，聂肃非Ｌ２，叶志雄Ｌ２，李黎１，２

（１．华中科技大学土木工程与力学学院，武汉４３００７４；２．华中科技大学控制结构湖北省重点实验室，武汉４３００７４）

摘要：对应用于桥梁隔震的多铅芯橡胶支座进行非线性力学性能试验，并与理论计算结果进行对比分析。研究表明：多铅芯橡胶隔震支座性能稳定、受力性能良好、安装方便，是一种理想的桥梁隔震装置。在此基础上，采用显式有限元分析软件ＡＮＳＹＳ／ＬＳ．ＤＹＮＡ分析多铅芯橡胶支座的非线性动态特性，建立铅芯橡胶支座的ＦＥＡ（有限元）模型，针对支座中心加竖向荷载和水平向循环往复位移荷载，进行了数值模拟分析，其结果与试验曲线基本吻合，从而为确定多铅芯橡胶支座的动力分析参数提供计算方法，进而可为设计新型铅芯橡胶支座提供指导。关键词：桥梁隔震；多铅芯橡胶隔震支座；非线性力学性能；试验研究；显式有限元分析中图分类号：Ｕ４４２

文献标识码：Ａ

ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＬＳＴＵＤＹｏＮＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＰＲｏＰＥＲＴＩＥＳＯＦ

ＭＵＩＪＩ－ＬＥＡＤＲＵＢＢＥＲＢＥＡＲＪＮＧＡＮＤＩＴＳＥＸＰＬＩＣＩＴＦＩＮＩＴＥＥＬＥＭＥＮＴ

ＡＮＡⅨＳＩＳ

‘ＪＩＡＮＧＹｉ．ｅｈｅｎ９１’２，ＮＩＥＳｕ－ｋｉｌ，２，ＹＥＺｈｉ．ｘｉｏｎ９１’２，ＬＩＬｉｌ，２

（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，Ｈｕａｚｈｏｎｇ

ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＷｕＭｎ

４３００７４，Ｃｈｉｎａ；

２．Ｈｕｂｅｉ

Ｋｅｙ

ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏｎｔｒｏｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅ，ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔ∞ｈ∞ｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，ｃｈｉｍ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ

ｔｅｓｔｓ

ｏｎ

ｍｕｌｔｉ－ｌｅａｄｒｕｂｂｅｒｂｅａｒｉｎｇｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅ

ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅ．Ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｍｕｌｔｉ—ｌｅａｄｒｕｂｂｅｒｂｅａｒｉｎｇｓ

ａｒｅ

ｓｔｅａｄｙ，ａｌｓｏｗｉｔｈｅｘｃｅｌｌｅｎｔｗｏｒｋｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｙ

ａｒｅ

ｉｄｅａｌｂｒｉｄｇｅｉｓｏｌａｔｅｄｄｅｖｉｃｅｓ．

Ｂａｓｅｄ

ｏｎ

ｔｈｅｓｔｕｄｙ，ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍｕｌｔｉ－ｌｅａｄｒｕｂｂｅｒｂｅａｒｉｎｇｓｂｙｕｓｉｎｇ

ｅｘｐｌｉｃｉｔｆ＇ｍｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳ／ＬＳ—ＤＹＮＡｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ａｆｔｅｒｃｒｅａｔｅ

ＦＥＡｍｏｄｅｌｏｆｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ

ｓａｍｐｌｅｓ，ｔｈｅｌｅａｄ－ｒｕｂｂｅｒｂｅａｒｉｎｇｉｎ

ａ

ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｃｙｃｌｉｃｓｈｅａｒｕｎｄｅｒ

ａ

ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅａｘｉａｌｌｏａｄｉｓ

ｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ

ａｎａｌｙｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓ

ａｒｅ

ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ，ａｎｄｓｍａｌｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｓ

ｆｏｕｎｄ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄ

ｍｅｔｈｏｄＣａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄｔｏ

ａｃｑｕｉｒｅｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｂｅａｒｉｎｇｓ，ｗｈｉｃｈ

ａｒｅ

ｕｓｅｆｕｌｉｎｄｅｓｉｇｎｎｅｗｂｅａｔｉｎｇｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｒｉｄｇｅｓｅｉｓｍｉｃｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ｍｕｌｔｉ—ｌｅａｄｒｕｂｂｅｒｂｅａｒｉｎｇ；ｎｏｎｌｉｎｅａｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ

ｓｔｕｄｙ；ｅｘｐｌｉｃｉｔｆｍｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ

采用叠层橡胶隔震支座的建筑结构和桥梁隔

余座此类隔震结构，其中数座在１９９４年美国北岭震已是一种较为成熟的实用被动控制技术。目前，地震和１９９５年日本阪神地震中经受了强烈地震动

在我国、日本、美国和新西兰等国已建造了１０００

的考验，显现了良好的隔震效能［１】ｏ在大量研究和

收稿日期：２００６．１１－２１；修改日期：２００７－０９－０６基金项目：湖北省重点建设科技项目（Ｋ２００５５３）

作者简介：’江宜城０９７２－－），女，安徽人，副教授，博士，从事结构减灾与隔震研究（Ｅ．ｍａｉｌ：ｙｉｃｈｅｎｇｉｉａｎｇ＠ｍａｉｌ．ｂｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ）；

聂肃ｔ｝（１９７２－－），女，湖北人，讲师，硕士，从事结构抗震抗风研究（Ｅ－ｍａｉｌ：ｎｓｆ７０２６＠１２６，ｃｏｒｎ）；

叶志雄（１９８ｌ一），男，湖北人，博士生，从事结构地震与风振振动控制研究饵．ｍａｉｌ：ｙｅｓｕｉｓ６８５＠ｙａｈｏｏ．ｅｏ皿ｅｎ）；

李黎（１９５６－－），女，湖北人，教授，学士，从事结构振动与控制研究及结构仿真分析研究（Ｅ－ｍａｉｌ：１ｉｌｉ２４３１＠１６３．∞ｍ）．

１２

工

程力学

试点工程建设的基础上，包括中国在内的若干国家已制订和颁布了隔震建筑设计的技术法规【２】。

目前应用在桥梁隔震中的主要是单铅芯橡胶隔震支座，针对单铅芯橡胶隔震支座已经进行了多

了竖向荷载及压剪荷载作用下的试验研究，研究多铅芯橡胶支座的非线性力学性能。试验均在华中科技大学土木工程检测中心进行，试件编号及参数见

表１。试件中钢板采用Ｑ２３５，橡胶为天然橡胶，硬

度为劭氏４５０。

项试验，取得了一系列研究成果。而多铅芯橡胶隔

震支座由于性能稳定、受力均匀、安装方便，是一种理想的桥梁隔震装置，但目前多铅芯橡胶隔震支座在建筑和桥梁结构上的应用还不多，对多铅芯橡胶隔震支座的研究很少，需要对多铅芯橡胶隔震支座进行进一步深入的试验与理论分析研究【３】。

１试件与试验设备

为了研究多铅芯隔震支座的力学性能，本文就ＧＺＹ７００、ＧＺＹ８００的试件（图１、表１），分别进行

表１试件编号及参数

Ｔａｂｌｅ１

图１

Ｆｉｇ．１

ＧＺＹ７００Ａ试件

ＳｐｅｃｉｍｅｎｏｆＧＺＹ７００Ａ

Ｓｐｅｃｉｍｅｎｓｎｕｍｂｅｒｓａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓ

Ｉ＃２＃

ＧＺＹ７００Ａ７２０

７２０８２０

２２５２２５２４６

２５．０２５．０

５．８８５．８８６．０２６．０２

７０７０７０７０

４４４４

７ｘ１７＝１１９

７ｘ１７＝ｉ１９７ｘ１９＝１３３７ｘ１９＝－１３３

３．５ｘ１６＝５６

ＧＺＹ７００Ａ

ＧＺＹ８００ＡＧＺＹ８００Ａ

３．５ｘ１６＝５６

３．５×１８－ｄ５３

３＃

４＃

２８．５７

２８．５７

８２０２４６３．５ｘ１８＝６３

压剪试验装置如图２所示，图２为竖向２５０００ｋＮ、水平士２０００ｋＮ电液伺服加载系统。整个试验系统由水平液压伺服加载控制系统、竖向加载系统及计算机数据采集与分析系统等组成，其中计算机数据采集与分析系统包括Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换硬件系统和专门设计的软件系统组成，完成加载、数据采集、试验曲线的绘制等。采用正弦波进行加载。

相应的竖向荷载，３次反复加载，绘出竖向荷载与竖向位移关系曲线，取第３次反复加载结果，按下式计算竖向刚度［４］。

屯＝（丑一昱）／（４一魂）

式中：乃、ｐ２分别为平均压应力为１．３吻、０．７

时的竖向位移。

竖向刚度的理论值采用下式进行计算【１】：

（１）

ｏｒａ

时的竖向荷载；磊、磊分别为竖向荷载为翻、ｐ：

氏＝疋６彳／瓦＝ｒａｇＥｃ６是／４

（２）

式中：疋６为表观弹性常数，如＝乞岛／（疋＋尾），

Ｅ＝３Ｇ（１＋２群），Ｅ为橡胶材料体积弹性常

数／ＭＰａ，Ｇ为橡胶材料的剪切模量，茁为橡胶材料

修正系数（邵氏４５０橡胶，砰２０７０ＭＰａ，Ｇ＝０．５４，

ｒ＝０．８０）；乃为支座中橡胶层的总厚度，％＝ｎｔ，，

图２试验装置

Ｆｉｇ．２

Ｔｅｓｔ

行为橡胶层数，ｆ，为单层橡胶厚度；Ｓ、最分别为第一形状系数、第二形状系数，Ｓ＝Ｄ／（４ｆ，），

ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ

是＝Ｄ／％，Ｄ为橡胶支座有效直径。

２非线性力学性能试验及结果

２．１

试验与理论计算得出的支座竖向刚度见表２。在设计压应力作用下，试件的竖向变形量均在２ｍｍ

以内，试验时试件外观无异常现象。

竖向刚度

试验时取与轴压应力（１士３０％）％（％＝１２ＭＰａ）

工

程

表２隔震支座竖向刚度

Ｎ／ｒａｍ

Ｔａｂｌｅ２

Ｖｅｒｔｉｃａｌｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｂａｓｅ－ｉｓｏｌａｔｅｄｂｅａｒｉｎｇ

２．２水平刚度及屈服剪力

铅芯橡胶支座试验所得的荷载一位移滞回曲线、双线性分析模型及其力学性能参数见图３。

，Ｊ

∥

／。

ｇ

相巧

．／ｊ

图３铅芯橡胶支座滞回曲线及双线性模型

Ｆｉｇ．３

Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｌｏｏｐａｎｄｔｈｅｂｉｌｉｎｅａｒ

ｍｏｄａｌｏｆｌｅａｄｒｕｂｂｅｒ

ｂｅａｒｉｎｇ（ＬＲＢ）

屈服后刚度ｋ根据滞回曲线求得。试验时对试件在１２ＭＰａ竖向压应力下，分别进行剪应变ｙ＝

５０％，厂＝０．３Ｈｚ；ｙ＿－１００％，厂＝０．２Ｈｚ的动力加载试验，水平加载波形为正弦波，连续作出３条滞回曲线，取第３条滞回曲线（见图４一图７），按下式计算支座的水平刚度【４】。

ｋ＝（Ｑ十一Ｑ一）／Ⅳ十一Ｕ一）

（３）

式中：Ｕ＋、【厂一为最大水平正、负位移；Ｑ＋、Ｑ一

为与Ｕ＋、Ｕ一相应的水平剪力。

图４ｌ撑支座的滞回曲线

Ｆｉｇ．４

Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｌｏｏｐｏｆ１｝｝ＬＲＢ

力学

１３

图５

２群支座的滞回曲线

Ｆｉｇ．５

Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｌｏｏｐｏｆ２＃ＬＲＢ

图６

３群支座的滞回曲线

Ｆｉｇ．６

Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｌｏｏｐｏｆ３＃ＬＲＢ

’’ｙ’，

蚕

Ｒ４∞

２舯

沁’谚

力孽

、秒

７

彦搿’由南１２０－

位移＾”

图７斜支座的滞回曲线

Ｆｉｇ．７

Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｌｏｏｐｏｆ４＃ＬＲＢ

水平刚度的理论值采用以下表达式进行计算【１】：

屈后刚度：

％＝ＧＡ／％＝７【ＤＧ岛／４

（４）

屈前刚度：

略＝ｋ＋ｑ４／瓦

（５）

式中：彳、彳，分别为橡胶隔震支座及铅芯横截面

积；Ｇ、Ｇ，分别为橡胶初始剪切模量及铅的剪切模量；正为铅芯的高度。

屈服剪力的主要影响因素是铅芯的横截面面积１１ｌ，支座的屈服剪力与铅芯横截面面积成线性变

１４

工

程化，根据华中科技大学试验研究，回归出经验公式：

Ｑ。＝８．３６７７【Ｊ）２／４＋４．６８２（ｋＮ）

（６）

式中：瓯为隔震支座屈服剪力；见为铅芯直径。

试验与理论计算得出的水平刚度见表３，试验与理论计算的结果很接近，最大误差为１１．４％。

表３

隔震支座水平刚度及屈服剪力

Ｔａｂｌｅ３

Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｎｄｙｉｅｌｄｓｈｅａｒｆｏｒｃｅｏｆ

ｉｓｏｌａｔｅｄｂｅａｒｉｎｇ

２．３极限剪切变形试验

分别给１撑、２撑、３撑、甜支座加恒定竖向压应力

１２ＭＰａ，保持该压应力不变，缓慢施加水平荷载，

实验中，ＧＺＹ７００Ａ支座水平位移达到４２０ｒａｍ（＞１１９ｘ３．５＝４１６．５）、ＧＺＹ８００Ａ支座水平位移达到４７０ｍｍ（＞１３３ｘ３．５＝４６５．５）时，支座完好。满足《建筑隔震橡胶支座》０６

ｌ

１８．２０００）关于极限剪切变形不

小于橡胶总厚度３５０％的要求【４】。

２．４竖向极限压应力试验

对试件加竖向压应力１２ＭＰａ，施加剪切变形为

ｙ＝２００％的水平位移荷载，后保持该水平位移荷载不变，然后缓慢分级施加竖向荷载，３０ＭＰａ以前每５ＭＰａ一级，３０ＭＰａ以后每２ＭＰａ一级一直加到

６０ＭＰａ，支座基本完好。２．５不同方向水平性能试验

在试件中，以４个铅芯为顶点构成一个正方形，对试件进行剪切方向平行于正方形的边和剪切方向沿着正方形的对角线两个方向的试验。做出试验结果的滞回曲线进行对比，根据滞回曲线计算出这两方向屈服剪力、屈前刚度、屈后刚度的变化幅度

很小，不超过１０％，性能稳定。

３有限元法模拟多铅芯隔震支座

对于铅芯橡胶支座的力学性能，我国主要采用

力．学

轴心抗压试验、剪切试验和容许转角试验来获得。、试验需要火量的支座，耗费大时间长，不利于新型

支座的研究设计［５－６】。

铅芯橡胶支座是具有大变形特性的构件，由于橡胶材料是超弹性材料，铅芯和橡胶板、钢板间的接触很复杂，研究其的力学行为必须考虑材料非线性和接触非线性的影响。而ＬＳ．ＤＹＮＡ是一个广泛用于求解各种非弹性结构的高速碰撞、爆炸和模压等大变形动力响应的显式非线性动力分析有限元软件，有完整的接触力学算法，可用来分析研究铅芯橡胶支座的滞回性能【卜８１。３．１铅芯橡胶支座的力学模型

铅芯橡胶支座主要由橡胶、铅芯、薄钢板组成，其力学性能主要取决于橡胶和铅芯两种材料的性质及组合性能。橡胶属于超弹性近似不可压缩材

料，具有较好的弹性，在外力作用下能发生大位移

大应变，表现出复杂的材料非线性和几何非线性。一般采用Ｍｏｏｎｅｙ．Ｒｉｖｌｉｎ模型来分析和计算橡胶材料的力学性能【９＿１１】。铅则是一种理想的弹塑性体，

其抗剪强度很低，可在室温下重结晶恢复其力学性能，对塑性循环具有很好的耐疲劳性能；在反复载荷作用下会借助塑性功而大量吸收耗散振动能量。

一般采用理想的弹塑性模型来计算铅的力学性能。

根据橡胶和铅的上述力学性能，可以认为：在一定的荷载范围之内，铅芯橡胶支座在循环荷载作用下，铅芯发生理想弹塑性变形，而橡胶则是始终保持超弹性变形。基于这种假定，支座在水平方向的力学行为可近似地看成是双线性，其屈前刚度局取决于铅芯的水平刚度和橡胶水平刚度之和决定，屈服后刚度砭取决于橡胶的水平刚度，屈服剪力主

要取决于铅芯的屈服剪力。

３．２

多铅芯橡胶支座有限元模型的建立和分析

由于结构和荷载的对称性，可取支座的二分之一建立模型。橡胶、铅芯都用ＳＯＬＩＤｌ８５块单元。ＳＯＬＩＤｌ８５是３Ｄ实体单元，由８个节点２４个自由度定义。该单元具有塑性、超弹性、蠕变、应力硬化、大变形、大应变能力，可用来模拟几乎不能压缩的橡胶材料。橡胶的应力一应变本构关系用Ｍｏｏｎｅｙ．Ｒｉｖｌｉｎ模型，该模型的材料常数可通过橡胶材料的试验数据（如单轴拉压试验、双轴拉压试验和剪切试验数据）拟合确定。本文支座橡胶的硬度为劭

氏４５。，结合文献［９】和文献［１ｌ】的研究成果，由其

弹性模量推算出Ｍｏｏｎｅｙ材料常数Ｃ１＿３．４１０１６ｘ

工程１

０２ＧＰａ，ｃ２＝４．２６２７ｘ１０ＧＰａ。更准确的参数有赖于

橡胶材料的试验。铅芯简化为理想弹塑性材料，使用双线性等向强化模型，切线模量取０ＭＰａ。铅芯的屈服剪应力根据其加工工艺不同在７．０ＭＰａ一１３．５ＭＰａ范围内取值，弹性模量取１６．４６ＧＰａ，泊松

比为０．４４。考虑到支座内钢板的实际工作状态，将

其处理为线弹性材料，其弹性模量取为２００ＧＰａ，泊松比为Ｏ．３。

鉴于橡胶支座制作过程中，橡胶板和薄钢板是粘叠起来高温高压下硫化成型的，而在实际使用中，橡胶和钢板都是始终紧密地粘结在一起的，且试验结果也验证了橡胶支座内部的钢板与橡胶间极少产生剥离现象。故为了简化有限元模型，把橡胶支座内部橡胶和薄钢板之间的节点合并了。

为了模拟铅芯和内部橡胶钢板之间的接触，先考察铅芯的工作状态。在铅芯橡胶支座中，为了使铅：签紧固在孔中，其体积往往比中心孔的体积大一

些，便于能牢固地压入孔中。当橡胶支座发生水平

变形时，整个铅芯由于被钢板约束而强迫发生剪切变形。经过多次分析试算发现ＬＳ．ＤＹＮＡ里经常用于销栓连接的ＴＤＳＳ面面接触，较好的符合本分析的实际情况，模拟效果最好。

根据以上分析建立的１＃支座有限元模型如

图８所示，同理也可以建立３＃支座的有限元模型。

图８铅芯橡胶支座模型图

Ｆｉｇ．８

ＭｏｄｅｌｏｆＬＲＢ

为了能够与试验值进行比较，需要对隔震支座施加与试验情况一致的竖向压缩荷载和侧向循环荷载。考虑到试验时支座是先加１２ＭＰａ轴向压应力，然后加水平方向的循环位移，理论分析时，先施加１２ＭＰａ轴向压应力，使用隐式求解器进行静力分析，将计算结果以初始应力加到显式分析模型上，然后施加时间历程位移载荷，进行动力分析。３．３计算结果与试验结果的比较

文中分别对ＧＺＹ７００Ａ和ＧＺＹ８００Ａ进行有限

元仿真计算，每个型号的支座分别计算两种情况：

力学

１５

１１首先在０．０５ｓ内线性施加１２ＭＰａ的垂向荷载，然后保持垂向载荷不变，并以频率０．２Ｈｚ施加

支座剪切变形尸５０％的切向正弦曲线位移荷载。

２）首先在０．０５ｓ内线性施加１２ＭＰａ的垂向荷载，然后保持垂向载荷不变，并以频率０．１Ｈｚ施加支座剪切变形ｙ＝１００％切向正弦曲线位移荷载。

图９一图１２为仿真计算结果与试验结果的比较，图中实线是有限元计算值，虚线是支座的试验值。

图９

ＧＺＹ７００Ａ（ｙ＝５０％）试验值与计算值对比

Ｆｉｇ．９

Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｅｓｔｖａｌｕｅａｎｄｃｏｍｐｕｔｉｎｇｖａｌｕｅｏｆ

ＧＺＹ７００Ａ（ｙ＝５０％１

图１０

ＧＺＹ７００Ａ（Ｙ－－１００％）试验值与计算值对比

Ｆｉｇ．１０

Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｅｓｔｖａｌｕｅａｎｄｃｏｍｐｕｔｉｎｇｎｖａｌｕｅ

ｏｆＧＺＹ７００Ａ（ｙ－－１００％）

图１１

ＧＺＹ８００Ａ（ｙ＝５０％）试验值与计算值对比

Ｆｉｇ．１１

Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｅｓｔｖａｌｕｅａｎｄｃｏｍｐｕｔｉｎｇｖａｌｕｅ

ｏｆＧＺＹ８００Ａ（ｙ＂＝５０‰

１６工

程力学

些参数都可以通过各自材料试验数据来拟合得出。橡胶的材料常数对铅芯橡胶支座的屈前刚度墨、屈后刚度局影响比较大。参考文献：

【１】

唐家祥，刘再华．建筑结构基础隔震嗍．武汉：华中

科技大学出版社，１９９３．

Ｔａｎｇ

Ｊｉａｘｉａｎｇ，ＬｉｕＺａｉｈｕａ．Ｂａｓｅｉｓｏｌａｔｉｏｎｆｏｒｂｕｉｌｄｉｎｇｓ

【Ｍ］．Ｗｕｈａｎ：ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ

ａｎｄ

图１２

ＧＺＹ８００Ａ（７－－ｌＯＯ％）试验值与计算值

ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＰｒｅｓｓ，１９９３．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）

Ｆｉｇ．１２

ｖａｌｕｅａｎｄ［２】

ＧＢ５００１Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｅｓｔｌ一２００１，建筑抗震设计规范［Ｓ】．北京：建筑工

ｃｏｍｐｕｔｉｎｇｖａｌｕｅ

ｏｆＧＺＹ８００Ａ（Ｔ＝１００％）

业出版社，２００１．

ＧＢ５００１对比由图９一图１２可看出，上述有限元数值仿１－２００１，Ｃｏｄｅｆｏｒｓｅｉｓｍｉｃｄｅｓｉｇｎｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇ［Ｓ】．

Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ

ＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓ，２００１．（ｉｎ

真分析方法能够相当准确地模拟出支座各种变形Ｃｈｉｎｅｓｅ）时的滞回曲线。但支座小变形时，对卸载时的力一【３】

杜修力，韩强，刘文光．方形多铅芯橡胶支座力学性能位移曲线模拟稍有误差；支座人变形时，对复位（变研究［Ｊ】．地震工程与工程振动，２００６，２６（２）：１２５—１３０．

形为０附近）时的力一位移曲线模拟稍有误差。

Ｄｕ

Ｘｉｕｌｉ，Ｈａｎ

Ｑｉａｎｇ，ＬｉｕＷｅｎｇｕａｎｇ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

其原因是多方面的：首先，由于试验条件有限，ｂｅｈａｖｉｏｕｒ

ｏｆ

ｓｑｕａｒｅ

ｍｕｌｔｉ—ｌｅａｄ

ｒｕｂｂｅｒ

ｂｅａｒｉｎｇ川．

试验本身与真实情况存在一定误差；其次，支座材Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ

ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｉｂｒａｔｉｏｎ，２００６，

２６（２）：１２５—１３０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）料、制作工艺具有离散性，仿真分析时做了一些简【４】

ＪＧ

１１８－２０００，建筑隔震橡胶支座【Ｓ】．北京：建筑工业

化和假定，如假定铅是理想弹塑性材料、橡胶材料出版社，２０００．

用Ｍｏｏｎｅｙ．Ｒｉｖｌｉｎ模型等；再次，实际橡胶和铅芯ＪＧ１１８－２０００，Ｒｕｂｂｅｒｉｓｏｌａｔｉｏｎｂｅａｒｉｎｇｓｆｏｒｂｕｉｌｄｉｎｇｓ［Ｓ】．

都有一定的蠕变性，而理论模型没有考虑到这一Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓ，２０００．恤点，从而导致分析和试验存在一定误差，但误差影Ｃｈｉｎｅｓｅ）响不大，不超过５％，仿真分析的结果能满足工程

【５】

林佳，刘文光，魏陆顺．橡胶隔震支座疲劳试验研究Ｓ

需要。

【Ｊ】．广州大学学报（自然科学版），２００５，４（３）：２５８－－２６０．

ＬｉｎＪｉａ，ＬｉｕＷｅｎｇｕａｎｇ，ＷｅｉＬｕｓｈｕｎ．Ｓｔｕｄｙｏｎ

ｖｅｒｔｉｃａｌ

４结论

ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｌｏａｄｆａｔｉｇｕｅ

ｔｅｓｔ

ｏｆ

ｒｕｂｂｅｒｂｅａｒｉｎｇ［Ｊ】．Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆＧｕａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ），２００５，

由以上研究可得到以下结论：

４（３）：２５８－－２６０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）

（１）多铅芯橡胶隔震支座竖向刚度较大，足以【６】

吴彬，庄军生，臧晓秋．铅芯橡胶支座的非线性动态分承担正常使用下桥梁结构的各类竖向荷载，且力学析力学参数试验研究叨．工程力学，２００４，２ｌ（５）：１４４—

性能稳定、安装方便，是理想的桥梁结构隔震装置。

１４９．

Ｗｕ（２）多铅芯橡胶支座其动力性能的试验值与理Ｂｉｎ，ＺｈｕａｎｇＪｕｎｓｈｅｎｇ，ＺａｎｇＸｉａｏｑｉｕ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ

ｓｔｕｄｙ

ｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ

ｏｆ

ｌｅａｄｂｅａｒｉｎｇｆｏｒ

论计算值很接近，最人误差在１１．４％，因此理论计ｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｃｓ，

算公式可为多铅芯橡胶支座的动力分析参数提供２００４，２１（５）：１４４—１４９．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）

参考计算方法，也可为多铅芯橡胶支座的工程应用

【７】叶志雄，李黎，聂肃非．铅芯橡胶支座非线性动态特性设计提供依据。

的显．式有限元分析叨．工程抗震与改造加固，２００６，（３）用显式有限元分析能较好地模拟多铅芯橡２８（６）：５３—５６．

胶支座在竖向荷载和水平循环荷载作用下的滞回ＹｅＺｈｉｘｉｏｎｇ，ＬｉＬｉ，ＮｉｅＳｕｆｅｉ．Ｅｘｐｌｉｃｉｔｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｔｕｄｙｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌ曲线，能从更深层次上揭示橡胶支座的工作性能，ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｌｅａｄ－ｒｕｂｂｅｒｂｅａｒｉｎｇｆｏｒｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓ【Ｊ】．ＥａｒｔｈｑｕａｋｅＲｅｓｉｓｔａｎｔ指导橡胶支座的设计。

ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＲｅｔｒｏｆｉｔｔｉｎｇ，２００６，２８（６）：５３—５６．（ｉｎ

（４）采用显式有限元分析铅芯橡胶支座的滞回Ｃｈｉｎｅｓｅ）曲线时，要求合理选择铅芯和橡胶的材料参数，这

【８】ＬＳ ＤＹＮＡ

ｌ跚’８ｍａｎｕａｌ嗍．Ｖｅｒｓｉｏｎ

９６０．Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ，

工

程

力

学

Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ：ＬｉｖｅｒｍｏｒｅＳｏＲｗａｒｅＴｏｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，

２００１．

铁道科学研究院，１９９９．Ｚａｎｇ

Ｘｉａｏｑｉｕ．Ｓｔｕｄｙ

ｏｆ

ｉｓｏｌａｔｅｄ

ｂｒｉｄｇｅｓ

ｗｉｔｈ

ｔｈｅ

【９】郑明军，王文静，陈政南．橡胶Ｍｏｏｎｅｙ－Ｒｉｖｌｉｎ模型力学性能常数的确定［Ｊ］．橡胶工业，２００３，５０（８）：４６２—

４６５．Ｚｈｅｎｇ

ｌｅａｄ－ｒｕｂｂｅｒｂｅａｒｉｎｇ［Ｄ】．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＡｃａｄｅｍｙｏｆＲａｉｌｗａｙ

Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，１９９９．（ｈａＣｈｉｎｅｓｅ）

【ｌｌ】张雄，陆明万．铅胶隔震支座的三维非线性动态特性

ｕｉｎｇｊｕａ，Ｗａｎｇ

ｆｏｒ

Ｗｅｎｊｉｎｇ，Ｃｈｅｒｔ

ｃｏｎｓｔａｎｔｓ

Ｚｈｅｎｇｎａｎ．ｏｆ

ｒｕｂｂｅｒ

分析［ｑ．北京市振动工程学会学术会议论文集．北京，

１９９６．Ｚｈａｎｇｏｆ

Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

Ｍｏｏｎｅｙ—Ｒｉｖｌｉｎｍｏｄｅｌ叨．Ｃｈｉｎａ５０（８）：４６２－－４６５．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）

ＲｕｂｂｅｒＩｎｄｕｓｔｒｙ，２００３，Ｘｉｏｎｇ，ＬｕＭｉｎｇｗａｎ．Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓ

ｏｆ

Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ

ｌｅａｄ ｒｕｂｂｅｒｂｅａｔｉｎｇ［Ｃ】．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ

【ｌＯ】臧晓秋．铅芯橡胶支座在桥梁隔震中的应用［Ｄ】．北京：Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１９９６．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）

（上接第１０页）

【２７】ＳａｔｏＴ，Ｕｅｍａｔｓｕ

Ｔ，ＮａｋａｔａＴ，Ｋａｎｅｄａ

ｏｆ

Ｙ．Ｔｈｒｅｅ

Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ

Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，２００４，９２：７２５—７４７．

Ｊ

Ａ

ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｎｕｍｅｒｉｃａｌ

Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆ

ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

ｓｎｏｗｄｒｉｆｔ［Ｊ】．ａｎｄ

Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ

【３４】Ｈｕｍｐｈｒｅｙ

Ｃ．Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓｏｆｆｌｕｉｄｍｏｔｉｏｎｉｎ

Ｗｉｎｄ

ｅｒｏｓｉｏｎｂｙｓｏｌｉｄｐａｒｔｉｃｌｅｉｍｐａｃｔ［Ｊ】．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌ

ｏｆＨｅａｔＦｌｕｉｄＦｌｏｗ，１９９０，１ｌ（３）：１７０—１９５．

Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，１９９３，４６／４７：７４１－－７４６．

【２８】Ｌｉｓｔｏｎ

Ｇ

Ｅ，Ｓｔｕｒｍ

Ｍ．Ａｓｎｏｗ

ｔｒａｎｓｐｏｒｔ

ｍｏｄｅｌｆｏｒ

［３５】周咂毅，顾明．首都围际机场３号航站楼屋面雪荷载分

布研究叨．同济大学学报，２００８，２７（２）：２５—２８，３３，１７３．

ＺｈｏｕＸｕａｎｙｉ，Ｇｕ

ｃｏｍｐｌｅｘｔｅｒｒａｉｎ【Ｊ】．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｌａｃｉｏｌｏｇｙ，１９９８，４４（１４８）：

４９８——５１６．

Ｍｉｎｇ．Ｓｔｕｄｙ

ｏｎｓｎｏｗｌｏａｄｓｏｎｒｏｏｆｏｆ

【２９】Ｓｕｎｄｓｂｏ

ｓｎｏｗｄｒｉｆｔ

Ｐ

Ａ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｌｉｎｇａｎｄ

ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

ｏｆ

Ｔｅｒｍｉｎａｌ３ｉｎＢｅｉｊｉｎｇＣａｐｉｔａｌＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｉｒｐｏｒｔ［Ｊ】．

Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ

【Ｄ】．Ｔｒｏｎｄｈｅｉｍ，

Ｎｏｒｗａｙ：

Ｎｏｒｗｅｇｉ舳Ｔｏｎ西ｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００８，２７（２）：２５—２８，３３，

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

ｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９７。

ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｗｉｎｄｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ

１７３。（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）

【３６】顾明，周咂毅，黄鹏．北京首都机场Ｔ３航站楼和交通

中心风荷载试验研究［Ｒ】．上海：同济大学土木工程防灾国家重点实验室，２００４．

Ｇｕ

【３０】Ｓｕｎｄｓｂｏ

ｆｉｎｓ

ｔｏ

ＰＡ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ

ｃｏｎｔｒｏｌｓｎｏｗ

ｏｆ

ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｂｕｉｌｄｉｎｇｓｔｅｐｓ叨．

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

ａｎｄ

Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ

Ｊｏｕｒｎａｌ

Ｗｉｎｄ

Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，１９９８，７４ ７６：５４３－－５５２．Ｍｉｎｇ，ＺｈｏｕＸｕａｎｙｉ，ＨｎａｎｇＰｅｎｇ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ

ｏｎ

［３１】ＴｏｍｉｎａｇａＹ，Ｍｏｃｈｉｄａ

ａｎｄｓｎｏｗｄｒｉｆｔａｒｏｕｎｄｒｅｇｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆ

Ａ．ＣＦＤｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｆｌｏｗｆｉｅｌｄ

ａ

ｒｅｓｅａｒｃｈ

ｗｉｎｄ

ｌｏａｄｓ

０１＂１ｔｈｅｒｏｏｆｏｆＴｅｒｍｉｎａｌ３ｉｌｌ

ｂｕｉｌｄｉｎｇ

ｃｏｍｐｌｅｘｉｎ

ａ

ｓｎｏｗｙ

ＢｅｉｊｉｎｇＣａｐｉｔａｌＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ

Ｄｉｖｉｓｉｏｎ

ｏｆｉｎ

Ａｉｒｐｏｒｔ［Ｒ】．Ｓｈａｎｇｈａｉ：Ｗｉｎｄ

Ｓｔａｔｅ

Ｋｅｙ

Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ

ｆｏｒ

ＷｉｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＩｎｄｕｓｔｒｉａｌ

ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｉｓａｓｔｅｒ

Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，ｌ９９９，８１：２７３－－２８２．

Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ

Ｃｉｖｉｌ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ

［３２】Ａｌｈａｊｒａｆ

Ｓ．Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｐａｒｔｉｃｌｅｓ

ａｔ

ｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇ

ｏｆ

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００４．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）【３７】Ｚｈｏｕ

ｄｒｉｆｔ

Ｘｕａｎｙｉ，Ｇｕ

ｏｎ

嘶衔ｎｇ

［３３】Ｂｅｙｅｒｓ

ｐｏｒｏｕｓ

ｆｅｎｃｅｓ叨．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ

Ｍｉｎｇ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ

ｏｆ

ａ

ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｎｏｗ

ＭｏｄｅｌｌｉｎｇａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅ，２００４，１９：１６３—１７０．

ＪＨ

ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅ

ｏｆ

ｔｈｅ

ｌａｒｇｅ ｓｐａｎｒｏｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅ【Ｃ】．

Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ

Ｍ，ＳｕｎｄｓｂｏＰＡ，ＨａｒｍｓＴ

Ｍ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ

Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ

８８９——８９２．

４ｔｈ

Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ

ｏｎ

ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ，ｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｎｏｗｄｄｔｌｉｎｇａｒｏｕｎｄ

ａ

ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎＷｊｌｌｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｙｏｋｏｈａｍａ，Ｊａｐａｎ．２００６：

ｃｕｂｅ阴．Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆ

ＷｉｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄ