铅芯橡胶支座[2]

1、*p铅芯橡胶支座的发展历史、发展现状p铅芯橡胶支座的工作原理和装置p铅芯橡胶支座的设计方法及流程p铅芯橡胶支座的未来发展趋势p总结概况一、发展历史和现状*1.1铅芯橡胶支座（LRB）介绍： 铅芯橡胶支座(LRB)是新西兰学者在1975年发展的,它是由普通叠层橡胶支座在其中间竖直地灌入适当直径的的铅芯形成(图1),利用铅芯在地震动过程中弹塑性性能来达到耗散地震能量的效果。由于铅的屈服应力较低(约7 MPa),并在塑性变形条件下具有较好的疲劳特性,被认为是一种较好的阻尼器。 铅芯必须紧固在孔中,并稍微挤进橡胶层中,因此,铅芯的体积往往比中心孔的体积要大些,使铅芯能牢固地压入孔中,当橡胶支座发生水平

2、变形时,整个铅芯由于被钢板约束而强迫发生剪切变形。铅芯橡胶支座具有较好的滞回特性,其初始剪切刚度可以达到普通叠层橡胶支座刚度的10倍以上,而屈服后刚度接近与普通叠层橡胶支座刚度。由于LRB构造比较简单,能够提供较大阻尼,可以单独作为桥梁减隔震支座使用,在新西兰、美国和日本被广泛用于桥梁和建筑物的减、隔震。* 国内外将减震、隔震支座应用于结构震动控制的经验表明,合理选择减震、隔震支座动力特性参数是减小结构地震响应的关键所在,要达到最优的减震目的并为延性抗震设计提供指导,需要对支座动力特性地震响应的影响特点与规律进行深入的研究。近十年来,有关LRB的研究蓬勃开展,方兴未艾。这里就LRB的若干方向的

3、近期研究状况作些总结和评述：1.2 铅芯橡胶支座（LRB）发展现状：1.2.1 LRB的非线性地震反应分析和非线性动力学性态 FerraioliM等研究了高阻尼橡胶支座和铅芯橡胶支座隔震结构的弹塑性地震反应,考虑支座的滞回特性和上部结构的弹塑性,然后把材料非线性因素当作等效线性化系统的虚拟力,用复模态分解和迭代方法计算模态反应。朱东升等对一座采用铅芯橡胶支座(LRB)隔震的桥梁输入了多条具有相同反应谱、且时域内强度包线形状相似的应对地震动的全过程十分敏感; LRB是一种有效的隔震装置; LRB的初始屈服力对隔震效果影响较大。一、发展历史和现状* 王丽、阎贵平等对LRB隔震桥梁的减震效果进行了研

4、究,分别采用非线性水平和转动弹簧单元来模拟减隔震支座和桥墩延性铰的非线性性能,首次把支座和桥梁结构纳入一个系统中,并考虑其相互影响和相互作用。利用大型通用结构分析软件(ANSYS),对采用铅芯橡胶支座(LRB)隔震的桥梁输入了多条实际地震波进行时程分析,系统地讨论了隔震桥梁的减震性能,得出在设计减隔震桥梁时,应考虑将非弹性变形和耗能主要集中在减隔震装置上,避免桥墩屈服先于减隔震装置屈服。1.2.2 LRB的简化分析方法 从隔震结构的的设计来看,建立满足工程设计精度要求的实用简化分析方法是很有意义的。TsaiH C等研究了铅芯橡胶支座非线性隔震结构的基于反应谱的地震反应分析,他们首先建立实际模型

5、和等效线性单自由体模型,由震动台试验输入大量地震记录,比较两个模型的最大位移和加速度反应,从而识别出等效结构的等效刚度、等效阻尼比,同时得到了等效刚度与最大位移的关系。Hwang等对LRB隔震桥梁的等效线性化设计方法及隔震桥梁的等效阻尼比进行了研究,指出现行等效刚度和等效阻尼比计算方法中存在的问题,建议了新的计算公式。一、发展历史和现状* 吴兵、庄军生等系统研究了铅芯橡胶支座等效线性分析模型参数与其几何结构及外加动力荷载特性的关系。研究结果表明:铅芯橡胶支座等效线性分析模型参数(水平耗能、等效刚度及等效阻尼比)主要由其本身的几何构造及组成材料决定,且在往复加、卸载循环中具有较好的稳定性。一、发

6、展历史和现状*1.2.3 LRB的土-结构相互作用 隔震结构一般都建在硬土场地,研究者通常将隔震结构的地基视为无限刚度,但研究隔震结构的土-结构相互作用(soil-structure interaction, SSI)仍然是有意的。而且软土地区也可能需要建造一些隔震结构,比如隔震桥梁,这需要与新型隔震装置的开发和先进技术的应用相结合来解决。刘云贺、赵晓娟等探讨了地震作用下桩基础刚度对采用铅芯橡胶支座(LRB)桥梁的减震效果的影响,提出以墩底弹簧约束模型模拟群桩基础的方法,建立了考虑地基刚度影响的桥梁非线性动力分析模型。算例的非线性时程分析结果表明:结构中如采用刚性基础假设,即忽略土-结构相互作

7、用,对普通橡胶支座(RB)和铅芯橡胶支座(LRB)都会使设计结果偏于安全,尤其对LRB而言富裕度较大。1.2.4 LRB的实验 试验研究在隔震技术发展中的重要性是不言而喻的,多年来研究者在隔震结构、隔震装置的试验、开发应用方面作出了重要的贡献。刘文光、杨巧荣等对建筑用铅芯橡胶隔震支座温度性能进行了研究,在试验结果的基础上,提出了支座屈服后刚度及屈服载荷的温度修正方程。一、发展历史和现状*1.2.5 工程实例 下图分别是世界上第一栋采用铅芯橡胶支座隔震的建筑(The William Clayton Building, New Zealand)和世界上使用铅芯橡胶支座中基底面积最大的建筑(日本)。

8、 一、发展历史和现状*二、工作原理和装置介绍2.2 铅芯橡胶支座的工作原理 铅芯叠层橡胶隔震支座由钢板与橡胶分层叠合,经高温硫化粘结而成,并通过上下联结板与结构相连,装置正中央为铅芯,其剖面图如图 由上连接板 上封板、铅芯、多层橡胶、加劲钢板 、保护层橡胶、下封板和下连接板组成。多层橡胶、加劲钢板构成多层橡胶支座承担建筑物重量和水平位移的功能，铅芯在多层橡胶支座剪切变形时，靠塑性变形吸收能量，地震后，铅芯又通过动态恢复与再结晶过程，以及橡胶的剪切拉力的作用，建筑物自动恢复原位。2.1 构造* 对应不同铅芯的要求，隔震橡胶支座可以有不同的叠层结构、制造工艺和配方设计，以满足所需要的垂直钢度、侧向

9、变形、阻尼、耐久性、抗倾覆等性能要求。 支座中的铅芯具有较低的屈服点和较高的塑性变形能力,可使支座的的阻尼比达到20%一30%,同时又具有增加支座的初始刚度,控制风反应和抵抗微地震的作用。铅芯在单独使用时不容易吸收能量,但铅的性能较为稳定,可以在常温下结晶,利用叠层橡胶对铅芯的约束,在反复变形时可以发挥其稳定的耗能作用。铅芯橡胶支座具有隔震和阻尼两种特性,因此可以单独使用,而无需另设阻尼器,使得隔震系统变得比较简单,可以节省空间,并利于施工。另外,通过控制支座铅芯的直径,可以调整支座的耗能能力。二、工作原理和装置介绍*工程案例上海赛车场 在目前多层隔震体系中,铅芯叠层橡胶支座应用广泛,在日本2

10、000年全年度审查的隔震结构中,部分或全部采用铅芯橡胶隔震支座的隔震结构数量占总数的50%以上,我国占到90%以上。日本横滨路标塔大厦 二、工作原理和装置介绍*2.3 铅芯橡胶支座的工作性能 叠层铅芯橡胶隔震支座的工作性能主要包括以下几个方面:u 压缩性能。即在竖向荷载作用下,支座的纵向收缩和横向扩张性能。叠层铅芯橡支座中的钢板与橡胶垫的弹性模量和横向变形系数有较大差异,但钢板会对橡胶片的横向变形产生约束,使橡胶片内部处于三向受压状态。因此,叠层铅芯橡胶胶支座的竖向承载力比橡胶本身大得多,几乎与同样截面大小的钢筋混凝土柱子相当。u 受拉性能。橡胶材料的拉应力在10一20kN/cm2以内时,基本

11、表现为弹性。在弹性范围内,橡胶材料的受拉刚度只有受压刚度的1/10左右。另有实验表明,叠层铅芯橡胶隔震支座经过较大的受拉变形后再压缩时,其受压刚度降低为初期刚度的1/2左右。因此,在实际工程中不宜采用叠层橡胶隔震支座的受拉性能。二、工作原理和装置介绍*u 耐火性实验研究表明,在一般的火灾下,叠层橡胶隔震支座仍有一定的承载力,不会使结构立即倒塌,因为支座外部约有10一20mm左右的橡胶覆盖,燃烧时形成的碳化层具有较好得热阻性能,能够阻止支座进一步燃烧。虽然支座有一定的耐火性,但是还是应该在支座外部做好防火构造。u 耐久性。叠层橡胶隔震支座在工作期间,由于橡胶老化、徐变等都有可能对叠层橡胶支座的力

12、学性能产生不同程度的影响。周福霖等人的实验研究表明:经过60年后,叠层橡胶支座水平刚度增加10%一20%左右,水平极限变形降低10%左右。因此在设计中考虑支座老化而引起的隔震层水平刚度的增加,可基本消除支座老化对隔震结构减震效果的影响。关于徐变的实验测试结果表明,橡胶在100年后的徐变量不到橡胶片总厚度的10%。因此,叠层钢板橡胶支座作为结构构件,其耐久性与建筑物的寿命相当二、工作原理和装置介绍*2.4 LRB设计行业标准（规范）2.4.1 设计依据u GB 20688.2-2006 橡胶支座 第 2 部分：桥梁隔震橡胶支座u GB/T 469-2005 铅锭u GB/T 528-2009 硫

13、化橡胶或热塑性橡胶 拉伸应力应变性能的测定u GB/T 912-2008 碳素结构钢和低合金结构钢 热轧薄钢板和钢带u GB/T 1682-1994 硫化橡胶低温脆性的测定 单试样法u GB/T 3274-2007 碳素结构钢和低合金结构钢 热轧厚钢板和钢带u GB/T 3512-2001 硫化橡胶或热塑性橡胶 热空气加速老化和耐热试验u GB/T 6031-1998 硫化橡胶或热塑性橡胶硬度的测定(10100IRHD)u GB/T 7759-1996 硫化橡胶、热塑性橡胶 常温、高温和低温下压缩永久变形测定二、工作原理和装置介绍*u GB/T 7760-2003 硫化橡胶或热塑性橡胶与硬质板

14、材粘合强度的测定 90剥离法u GB/T 7762-2003 硫化橡胶或热塑性橡胶 耐臭氧龟裂 静态拉伸试验法u CJJ77-98 城市桥梁设计荷载标准u CJJ 166-2011 城市桥梁抗震设计规范u HG/T 2198-2011 硫化橡胶物理试验方法的一般要求u JT/T 722-2008 公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件u JT/T 822-2011 公路桥梁铅芯隔震橡胶支座u JTG D60-2004 公路桥涵设计通用规范u JTG/T B02-01-2008 公路桥梁抗震设计细则u EN 1337-3: 2005 Structural bearings - Part 3: Elast

15、omeric bearingsu EN 15129: 2009 Anti-seismic devices二、工作原理和装置介绍*LRB 系列铅芯隔震橡胶支座按本体形状分为矩形铅芯隔震橡胶支座和圆形铅芯隔震橡胶支座。2.4.2 支座分类2.4.3 支座型号二、工作原理和装置介绍*2.4.4 支座结构铅芯支座的结构形式如下图二、工作原理和装置介绍* LRB 系列铅芯隔震橡胶支座的竖向载荷传递过程是楼体上预埋钢板上连接钢板上封板橡胶、铅芯、加劲钢板叠层结构下封板下连接钢板支座。 LRB 系列铅芯隔震橡胶支座的地震水平载荷传递过程是支座下锚固组件下连接钢板剪切键、下封板橡胶、铅芯、加劲钢板叠层结构上封

16、板、剪切键上连接钢板上预埋钢板通过上锚固组件传递到楼体。2.4.5 支座技术性能u 规格系列 圆形铅芯隔震橡胶支座分为 22 类：d420， d470 ，d520， d570，d620， d670， d720 ，d770， d820，d870， d920， d970 ，d1020，d1070，d1120，d1170，d1220，d1270，d1320，d1370，d1420，d1470。 矩形铅芯隔震橡胶支座分为 25 类：300420 ， 350350 ， 350520 ， 420420 ， 470570 ， 520520 ， 520620 ， 570570 ，570670 ， 620620

17、 ， 670670 ， 720720 ， 770770 ， 820820 ， 870870 ， 920920 ，970970 ， 10201020 ， 10701070 ， 11201120 ， 11701170 ， 12201220 ， 12701270 ，13201320，13701370。二、工作原理和装置介绍*u 剪切模量支座设计剪切模量为 0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa。u 水平等效刚度175%剪应变时矩形铅芯隔震橡胶支座最大水平等效刚度为 9.7kN/mm，最小水平等效刚度为1.3kN/mm，圆形铅芯隔震橡胶支座最大水平等效刚度为 10.4kN/mm，最小水平等效刚度为1

18、.1kN/mm。u 等效阻尼比175%剪应变时矩形铅芯隔震橡胶支座最大等效阻尼比为 22.7%，最小等效阻尼比为 14.4%，圆形铅芯隔震橡胶支座最大等效阻尼比为20%，最小等效阻尼比为13.5%。二、工作原理和装置介绍*u 设计剪切位移二、工作原理和装置介绍*2.4.6 铅芯隔震橡胶支座的常规选型流程为：确定橡胶剪切模量 G（G0.8、G1.0、G1.2）支座本体形状（圆形、矩形）设计竖向承载力设计剪切位移量校核计算或优化设计（反复）。二、工作原理和装置介绍* 徐变老化问题 支座受拉 温度影响 恢复力模型 计算模型三、铅芯橡胶支座的设计方法及流程*3.1 徐变老化问题 大部分隔震建筑都首选具

19、有阻尼功能的铅芯橡胶支座( LRB) 作为隔震装置，LRB橡胶支座的应用范围最为广泛。建筑物的使用寿命一般都超过 50年，在使用期限内橡胶支座会因为荷载、温度、空气和水等因素的影响发生硬化、老化、裂纹或变形等 老化和徐变现象，并引起支座的力学性能发生变化，老化和徐变特性是橡胶隔震支座十分重要的 长期性能指标。三、铅芯橡胶支座的设计方法及流程* 日本福冈大学的森田慶子和高山峰夫等人，对橡胶支座的长期性能进行了 15a的试验，记录 了橡胶支座徐变量的变化。2000 年，刘文光等针对直径 300mm的普通铅芯橡胶隔震支座在使用期限 60a的力学性能进行了热老化及徐变试验，结果表明隔震支座在使用期限内

20、力学性能稳定。 2002年，刘文光等又系统地对橡胶材料进行了老化试验，确定了低硬度橡胶使用 60a的力学性能变化率。2010年，程桂胜建立了天然橡胶支座的 老化模型，可以模拟天然橡胶支座在任意温度和任意老化时间情况下的性质变化。上述研究均以 试验测试为主，由于受到支座的形状系数，橡胶硬度和压应力等参数的影响，测试结果相差较大，因此，对于橡胶支座的老化和徐变性能仍需要补充大量的实验室和工程现场测试以掌握其在建筑使用寿命期限内的力学性能变化率。三、铅芯橡胶支座的设计方法及流程*3.2 支座受拉问题 橡胶支座的竖向拉伸能力远小于竖向压缩能力,界限拉伸能力仅为压缩能力的1/301/20。 Uyu(19

21、96年)针对Gent和Lindley建立的橡胶弹性体压缩竖向刚度,提出了类似压缩刚度计算理论的拉伸刚度Kvt计算式。三、铅芯橡胶支座的设计方法及流程* 橡胶支座可采用图1所示的模型表示支座非线性变形领域拉伸状态的应力应变关系,这种模型定义为双刚度模型.OA弹性段的刚度Kvty称为第一刚度,A点对应的应力和应变称为屈服应力和屈服应变,当拉伸应力超过屈服应力后进入AB非线性段. AB非线性段的刚度vKvty称为第二刚度,v为非线性刚度系数,表示拉伸时非线性段拉伸刚度的降低程度,取为0.06。三、铅芯橡胶支座的设计方法及流程*3.2.1评价拉伸性能的弹塑性分析模型基本原则(1)整个曲线包括压缩段和拉

22、伸段,压缩段认为是线性的;(2)拉伸加载段分为弹性段,刚度退化段(小拉伸应变阶段)和刚度强化段(大拉伸应变);(3)在弹性范围内,橡胶支座的拉伸刚度不受反复拉伸的影响;(4)在弹塑性范围内,经过反复拉伸,橡胶支座的拉伸刚度逐渐降低;(5)铅芯仅在弹性段对拉伸性能有影响.三、铅芯橡胶支座的设计方法及流程*3.2.2 3G评价准则 规定在罕遇地震作用下,隔震支座不宜出现拉应力,当隔震支座不可避免地处于受拉状态时,其拉应力不应大于112 Mpa。对高层和超高层隔震结构、塔型隔震结构等较大高宽比隔震结构体系,这一规定很难实现。 在实际工程中按以下“3G评价准则”来判定橡胶支座的拉伸性能。“3G评价准则

23、”就是在拉伸应力-应变曲线中,隔震支座可取3倍橡胶剪切弹性模量作为拉伸设计应力界限。因为在这一应力状态下,支座即使发生较大的剪切变形,仍可保持较高的拉伸刚度。同时限制拉伸应变不超过10%,即 时,橡胶支座能够确保隔震结构处于安全状态。当试验曲线在图中测试曲线的上方区域内时,可以判定该支座的拉伸性能满足工程使用要求,如图6所示。三、铅芯橡胶支座的设计方法及流程*1)对于上部较为刚性的大高宽比结构,隔震后水平向减震效果都是明显的。大高宽比方向在强震时变形仍以第一振型为主,但有弯曲变形的影响。2)橡胶垫支座竖向没有隔震效果,如果要减少竖向反应,需要研究新型隔震支座。3)大高宽比隔震结构在超过八度的罕

24、遇地震或周期较长的八度罕遇地震下,支座竖向可能进入非线性屈服,结构存在倾覆的可能。研究高宽比限值和抗倾覆装置对拓广隔震结构使用范围,是十分必要的。三、铅芯橡胶支座的设计方法及流程*3.2.3 工程实例 1994年1月17日，美国圣菲尔南多发生洛杉矶地震，震级M=6.7，直下型地震，死亡56人，伤7300人，损失很大。南加州大学医院采用隔震结构幸免于难。 地下一层，地上7层，建筑面积：33000平方米；占地：4100平米；最高高度：36。0m；铅芯多层橡胶隔震器68个，多层橡胶隔震器81个。三、铅芯橡胶支座的设计方法及流程*三、铅芯橡胶支座的设计方法及流程*3.3 温度影响问题 我国地域辽阔,地

25、震区域分布广泛,各地气候条件等差异较大,在对橡胶隔震支座与温度相关的力学性能研究分析方面尚未取得系统研究成果。 由于隔震支座的使用期限不低于建筑物的使用寿命及地震发生的随机性,因而橡胶隔震支座涉及的温度性能应包括三方面内容:首先是外界温度下隔震支座各种力学性能的稳定性和变化范围;其次是建筑物使用寿命期间隔震支座力学性能的稳定性;最后是自然火灾或地震带来火灾对隔震支座力学性能的影响。三、铅芯橡胶支座的设计方法及流程* 隔震支座作为隔震建筑竖向承载和提供水平弹性恢复力的器材,其耐火性能世界各国要求不一。在日本对于隔震支座的耐火能力不作具体要求,但对于整个隔震层的防火要求较高,且隔震层不允许放置物品

26、。对中间层采用隔震建筑,多数将隔震支座进行防火处理,即在支座外附加防火材料,隔震建筑造价会因此而略有提高。我国建筑隔震橡胶支座规程中对隔震支座的耐火性能有明确要求,提出用明火连续燃烧一小时,冷却后测定隔震支座的力学性能变化。然而由于明火试验的非恒定性,规程并未规定明火的温度等具体试验措施,仅笼统地规定为模拟隔震支座的使用条件进行耐火试验。三、铅芯橡胶支座的设计方法及流程* 模拟工程条件进行的燃烧试验表明铅芯隔震支座外周合成橡胶形成的碳化层阻止了外周橡胶层的进一步燃烧,燃烧初期隔震支座温度增加缓慢,燃烧中期及燃烧后期隔震支座温度变化明显增加。燃烧后隔震支座水平刚度变化率为-6.9%,极限压缩应力

27、仍超过规定的90MPa而未破坏。研究结果同时表明对使用铅芯橡胶隔震支座的隔震结构进行弹塑性动力分析时,应充分考虑支座刚度及屈服力的温度因素对结构动力反应的影响。三、铅芯橡胶支座的设计方法及流程*3.4 恢复力模型 橡胶材料具有不可压缩性,同时又具有较好的弹性,橡胶的拉伸实验表明,橡胶比铅芯具有较高的屈服极限。根据铅和橡胶材料的上述力学性能，可以认为,在一定的荷载范围之内,隔震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弹性变形。基于这种假定,可以推出一个具有一段初始弹性刚度的双线性滞回曲线。铅芯隔震橡胶支座水平剪切性能曲线三、铅芯橡胶支座的设计方法及流程* 现有的铅芯橡胶支

28、座恢复力模型中,常见的有双线性模型、修正双线性模型、Ramberg-Osgood模型及双线性+RO模型等。双线形恢复力模型是假定橡胶支座为理想的弹性材料,铅芯为理想的弹塑性材料,把铅芯橡胶支座的恢复力模型视为双线性。双线性模型的优点是模型简单、计算较为方便。Skinner、Robinson(1993)研究指出采用双线性恢复力模型进行隔震计算,可以得到较为精确的近似结果,但对于高度非线性的分析结果误差过大。部分学者提出了修正双线性模型,通过修正橡胶支座的屈服刚度和屈服力来修正普通双线性模型。Ramberg-Osgood模型适用于高阻尼橡胶隔震支座。三、铅芯橡胶支座的设计方法及流程* 冯德民(19

29、98年)提出了修正双线性模型与Ramberg-Osgood模型组合使用的BRO铅芯橡胶支座的恢复力模型,即在卸载段和反向加载段采用Ramberg-Osgood模型,其他段采用双线性模型。现有的铅芯橡胶支座的剪切恢复力模型具有一个共同的特点是仅在初始弹性段范围内考虑了铅芯橡胶支座的小应变相关特性,当铅芯橡胶支座进入屈服状态后不考虑小应变特性,对屈服荷载及屈服后刚度的修正仅在未经历状态修正,经历后不再考虑,骨架曲线未考虑各加载时程段的不同特点。这使得在复杂的非线性分析计算中存在较大误差。观察伪静力试验所得的滞回曲线看出,橡胶支座的滞回曲线与加载时程密切联系。针对这一特性,考虑铅芯橡胶支座加载时程的

30、应变特性,提出铅芯橡胶支座的“扁环”效应及其恢复力模型。三、铅芯橡胶支座的设计方法及流程* 何文福提出了铅芯橡胶支座“扁环”效应的概念,并建立了铅芯橡胶支座考虑加载时程应变特性的剪切恢复力的“扁环”效应模型,并对提出的模型进行了试验验证。三、铅芯橡胶支座的设计方法及流程*3.5 计算模型3.5.1 LRB恢复力计算模型 大量的LRB的拟动力实验表明,由于铅芯的灌入,LRB的初始刚度K1较RB的刚度Kr有较大的提高。当铅芯屈服后,其第2刚度K2趋于RB的刚度KR,从而可获得比较饱满的滞回曲线,达到耗能的目的,其滞回特性可由图1所示的双线性模型来描述。图1中,Qy为铅芯屈服力,刚度K1与K2和Qy

31、有关本文按下式确定: 式中,W为支座的竖向设计承载力。Qy/W可以认为是反映LRB的橡胶用量与铅芯用量之比等因素的一个综合设计参数。三、铅芯橡胶支座的设计方法及流程*3.5.2 系统的地震响应方程 将支座和上部结构组成的结构体系用多质点层剪切模型模拟,则系统的地震响应方程可写为三、铅芯橡胶支座的设计方法及流程* 1995年1月17日,日本兵库县发生了震惊世界的阪神大地震。这次地震造成了生命、财产极大的损失,同时也以惨重的代价留给科学界和工程界许多经验教训和发人深省的间题。其中最重要的问题之一是这次地震发现了在震中地区竖向地震作用超过了水平地震作用。从国内外的工程应用和研究中可以看出,基础隔震结

32、构在水平隔震方面具有较好的隔震效果,但是对于竖向地震作用下其隔震效果如何,国内外学者对这方面研究的比较少或者比较缓慢。四、LRB发展趋势4.1 竖向隔震*四、LRB发展趋势*4.2 层间隔震 层间隔震结构是在基础隔震结构的基础上发展出来的,只有一些在工程实践中,由于特殊情况才采用层间隔震结构。因此目前对于层间隔震结构的研究成果还比较少,没有系统的理论研究成果。现有的大多数的研究成果是针对某一实际结构进行的振动台实验和相应的动力时程分析。日本的爱知县名古屋市啊圣那大厦,是第一个采用层间隔震结构的实例,隔震层设置在1层和2层之间。4.2.1 层间隔震优点l 由于隔震层的水平刚度很小,地震时结构的变

33、形主要位于隔震层。对于基础隔震结构,隔震层通常位于基础顶部或地下室顶部,一般低于室外地面,为了保证地震时隔震层能发挥作用,我国抗震规范规定,上部结构的周边应设置防震缝,缝宽不宜小于各隔震支座在罕遇地震下的最大水平位移值的1.2倍。上部结构与地面之间,宜设置明确的水平隔震缝;当设置隔离缝有困难时,应设置可靠的水平滑移垫层。而对于层间隔震由于隔震层设置在一层或一层以上的上柱顶,结构的大变形将发生在没有障碍的空中,也就不存在预留空间及相应的构造问题。四、LRB发展趋势*l 层间隔震可以提高结构的抗倾覆能力。由于隔震支座的抗拉性能较差,因此规范规定,隔震支座不允许出现拉应力。这样可以保证隔震结构在地震

34、时不发生倾覆破坏。对于层间隔震结构,由于隔震层位置相对较高,使得结构的抗倾覆力矩与倾覆力矩的比值增大。因此,提高了结构的抗倾覆能力。l 施工方便。采用隔震技术的房屋,通过隔震层处的水暖管道均需设置成软管。隔震层设置在层间时,软管部分就可以设置在地面以上,便于软管部分的施工、维修和更换。对旧有房屋进行抗震加固时,若采用基础隔震形式,需要在基础顶部将原有结构断开,进行施工,比较复杂。而在原有结构的顶部设置隔震层,施工过程会方便很多。四、LRB发展趋势* 通过研究隔振层位置的变化以及隔震层以下结构阻尼比对层间隔震的影响,得出层间隔震结构在竖向地震作用下,不仅减隔震效果不明显,反而会增大结构的地震反应

35、。并且随着隔震层位置的下移,其增大竖向地震作用的能力随之增大。这是我们需要关注的问题4.2.2 层间隔震竖向隔震效果四、LRB发展趋势*u 铅芯橡胶支座的构造与性能关系的研究,确定相应的设计参数和方法,并制定出产品标准。u 由于LRB的力-位移的滞回特性,精确的分析必须采用非线性分析,计算量相当大,且滞回曲线本身往往具有一定的误差。若将LRB以常值的刚度与阻尼来模拟,显然会带来很大的误差,因此关于减隔震结构的数值分析方法,若能建立一种特殊的隔震支座单元,借用简化分析中的一些做法,从总体性能上构造隔震支座单元,模拟其刚度和阻尼性能,而避免了直接离散实际的支座而导致的巨大的计算量,则会有很大的现实意义。u 结构的抗震设计中存在大量的不确定性,如外部环境(载荷和场地)、结构本身(构件材料性能、截面几何参数、构件抗力)以及计算模型的不确定性等。引入随机理论、可靠度理论来分析L