减隔震支座刚度模拟

减隔震支座刚度度模拟具体问题《公路桥梁抗震震震细则》（JJTGB002-01--2008）中中10.2减隔震震震装置10.2.1常常常用的减减隔震震支座装装置分分为整体体型和和分离型型两类类10.2.2目前常用用的的整体型型减隔隔震装置置有：：1.铅芯橡胶支支座座。2.高阻尼橡胶胶支支座。3.摩擦摆式减减隔隔震支座。10.2.3目目目前常用用的分分离型减减隔震震装置有有：1.橡胶支座++金金属阻尼器器器。2.橡胶支座座座+摩擦阻尼尼器。3.橡胶支座座座+黏性材料料阻尼器器。目前设设设计人员员存在在两个常常见的的误区，其其一一抗震分分析时时一味的的考虑虑用桥墩墩的塑塑性能力力耗散散地震效效应，忽忽略增设设减隔隔震支座座的设设计思路路。其其二由于于设计计人员对对减隔隔震支座座的模模拟方式式不清清楚，造造成潜潜意识里里回避避减隔震震支座座的采用用。本本文考虑虑上述述两点对对抗震震规范10..2.2条中中涉及的的支座座模拟进进行说说明。分分离式式减隔震震装置置另文叙叙述。解决办法铅芯橡胶支座的的的模拟1.1涉及规范范范及支座座示意意图(《公路路桥梁铅铅芯隔隔震橡胶胶支座座》（JT//T88222-200111）)等价线性化模型实际滞回曲线等价线性化模型实际滞回曲线1.2铅芯橡胶胶胶支座的的实际际滞回曲曲线和和等价线线性化化模型图1.1实际滞滞滞回曲线图图图图1.2等价价线性化化模型型从实际滞回曲线线线可以得得到33点重要的的结结论：铅芯橡胶支座的的的位移剪剪力曲曲线所围围面积积明显大大于较较普通的的橡胶胶支座，而而且且滞回曲曲线所所谓面积积反映映了支座座耗能能能力，故故间间隔震支支座（对对于本图图为铅铅芯橡胶胶支座座）的本本质是是通过自自身的的材料或或构造造特性提提供更更有效的的耗能能机制，耗耗散散地震产产生的的能量，从从而而起到减减轻地地震对结结构的的破坏程程度。实际滞回曲线一一一般为梭梭形，图图形成反反对称称形态。目目前前通用的的方法法是将其其等效效为图1.22所示的线线性性化模型型。通通过K1、KK2、KEE、Qy四四个参数数来模模拟铅芯芯橡胶胶支座的的滞回回曲线。.等价线性化模型型型中涉及及的四四个参数数含义义如下：：K1弹性刚度：：：表示初初始加加载时，结结构构处于弹弹性状状态是的的刚度度（力与与变形形之间的的关系系）。K2—屈服刚度度：表表示屈服服之后的的刚度度。KE—等效刚度度：等等效的含含义是指指如果果不考虑虑加载载由弹性性到塑塑性的变变化过过程，仅仅考虑虑屈服后累计位移与力力力的关系系折算算出的刚刚度。Qy—上述三个个参数数仅提供供刚度的的采用用值（可可以理理解为曲曲线斜斜率的概概念），但但但具体受受力到到多大开始采用屈屈屈服刚度度，由由Qy提供明明确的界界定点点（即屈屈服点点）。1.3程序中如如如何实现现上述述等价线线性化化模型805版本点击击击：边界>一一般连接接》一一般连接接特性性》添加加，选选择特性性值类类型选择择铅芯芯橡胶支支座隔隔震装置置，会会弹出如如下界界面：图1.3定定义一般般连接接特性值值本窗口用于定义义义非线性性边界界的特性性值。通通过选择择特性性值类型型选择择不同的的力学学模型，对对于于铅芯橡橡胶支支座如上上图所所示选择择对应应内容。定义内容主要包包包括三部部分内内容:第一部分定义自自自重及使使用质质量，由由于程程序定义义边界界条件仅仅定义义连接特特性，对对于支座座本身身的质量量在此此处考虑虑。第二部分定义线线线性特性性值：：结构分分析一一般分为为线性性分析及及非线线性分析析，对对于抗震震可以以狭义的的理解解为反应应谱分分析和时时程分分析。反反应谱谱分析理理论上上属于静静力分分析的范范畴，程程序会调调用此此处定义义的线线性特性性值。故故结合上上页刚刚度的描描述，等等效刚度KEE的值在这这里里输入。对对于于时程分分析的的直接积积分法法，程序序可以以通过非非线性性特性值值中的的内容确确定结结构的阻阻尼情情况，故故这里里无需定定义有有效阻尼尼（如如果用户户在线线性分析析中需需要考虑虑有效效阻尼可可在此此处输入入，有有效阻尼尼的概概念类似似有效效刚度，主主要要用于非非线性性单元中中线性性自由度度方向向阻尼属属性，以以及所有有自由由度在线线性分分析工况况的阻阻尼属性性）。第三部分用于定定定义非线线特性性值：Civvil程序可可以考虑虑两个个剪切方方向成成分互相相关联联且具有有双轴轴塑性特特性，其其中轴向向、扭扭转、两两个方方向的弯弯曲成成分均为为线性性且相互互独立立。并使使用PParkk,Wenn,anddAAng((19986))在Wen((119766)建建议的单单轴塑塑性公式式基础础上扩展展的双双轴塑性性计算算公式。对于铅芯橡胶支支支座截面面如下下图所示示：左图用于定义铅铅铅芯橡胶胶支座座非线性性特性性值，阅阅读本本文1.2后后不难理理解输输入各项项含义义，各输输入参参数与图1..2对应关系系如下所所示：：弹性刚度—K111屈服刚度—Qyyy屈服后刚度与弹弹弹性刚度度之比比—K2/KK11两个滞后循环参参参数：可可采用用程序默默认值值，用户户如有有需要可可修改改其值。左图标明了程序序序计算铅铅芯橡橡胶支座座采用用的计算算公式式及滞回回曲线线形状示示意图图。此部部分内内容详解解请参参阅北京京迈达达斯技术术有限限公司出出版的的《分析析设计计原理》8..5.111章章节相关关内容容。图1.4定义非非非线性特性性值值1.4各参数如如如何确定定经过1...3的描述，对对对于程序序如何何处理铅铅芯橡橡胶支座座应该该有了比比较全全面的掌掌握。接接下来我我们讨讨论设计计中如如何确定定各参参数的数数值。对于铅芯芯芯橡胶支支座，《公公公路桥梁梁铅芯芯隔震橡橡胶支支座》（JTT/T8222-220111）附录中中有详细细的规规格表，其其中中明确表表明了了各型号号支座座的力学学性能能，其中中包括括：铅芯芯屈服服力、剪剪切弹弹性模量量、屈屈服后刚刚度、水水平等效效刚度度、等效效阻尼尼比等内内容。现以附附附录中表A..2YY4QQ圆形铅芯芯隔隔震橡胶胶支座座规范系系列参参数表为为例说说明Civiil程序中各各参数与与表格格中各参参数的的对应关关系。图1.4定义非非非线性特性性值值结合上文内容不不不难得到到如下下对应表表：参数对应表根据上述对应表表表以及规规范规规格表可可以非非常容易易的确确定Civiil程序中各各参数的的输入入值。具具体输输入情况况详见见图1.3、图图1.4。高阻尼隔振橡胶胶胶支座2.1涉及规范范范及支座座示意意图（《公公路路桥梁高高阻尼尼隔震橡橡胶支支座（JT//T88422-200122）》）2.2高阻尼橡橡橡胶支座座的等等效双线线性恢恢复力模模型比较图1.5及及及图1.2可可以得到到如下下结论：：高阻阻尼和铅铅芯橡橡胶支座座的恢恢复力模模型没没有本质质上的的区别，两两种种支座均均是利利用铅芯芯或者者高阻尼尼橡胶胶本身具具有的的很好的的耗能能特性实实现隔隔震的作作用。故故设计人人员完完全可以以像铅铅芯橡胶胶支座座一样输输入对对应参数数即可可。图1.5规范图图图A.1支座座的等效效双线线性恢复复力模模型2.3各参数如如如何确定定《公路桥梁高阻阻阻尼隔震震橡胶胶支座（JTT/T8442-220112）》P224页附录表表B.1如下下图所示示图1.6规范附附附录表格摘摘录录图1.7规范附附附录表格局局部部鉴于2.2中结结论论，高阻尼尼尼橡胶支支座的的录入完完全与与铅芯橡橡胶支支座一致致，在在此不再再赘述述各参数数的输输入。需需要注注意的是是：高高阻阻尼尼支座座规格表表中给给出了竖竖向压压缩刚度度的值值，铅芯芯橡胶胶支座表表格中中没有此此项，但但考虑到到竖向向一般不不会出出现屈服服，故故可否参参考高高阻尼支支座竖竖向刚度度量级级确定铅铅芯橡橡胶支座座甚至至弹性计计算中中的盆式式支座座（高阻阻尼支支座表格格中竖竖向压缩缩刚度度范围：3000-226000kNN/mmm）。3摩擦摆减减减隔振支支座3.1涉及规范范范及支座座示意意图（目目前暂暂无此类类支座座的行业业规范范）3.2摩擦摆支支支座的力力学模模型及恢恢复力力模型图1.7力学学学模型图1.88恢复力模模型摩擦摆隔震支座座座的力学学模型型反应了了摩擦擦摆如何何利用用本身巧巧妙的的构造特特性起起到隔震震作用用，核心心想法法是地震震作用用下，支支座上上下部分分可以以在接触触面（曲曲面）上上自由由的摆动动，自自重作用用下支支座有自自恢复复的效应应。比较摩擦摆支座座座的恢复复力模模型与铅铅芯橡橡胶支座座（高高阻尼橡橡胶支支座），可可以以发现程程序处处理方法法依然然采用线线性化化的恢复复力模模型，但但需要要注意，线线性性化后的的刚度度计算方方法与与前述两两种支支座有着着本质质上的不不同。具具体内容容请参参阅北京京迈达达斯技术术有限限公司出出版的的《分析析设计计原理》8..5.112章章节相关关内容容。3.3程序中如如如何实现现上述述等价线线性化化模型恢复力模型采用用用的3个公式式含义：：（1）“f=”公式表示了了支支座剪切力力力（f）与剪剪切变形形（dd）的关系系。公公式中还还将涉涉及另外外三个个量：轴力P:可以根根据外荷荷载算算得。曲率半径R:仅仅仅与支座座构造造相关。其余两个变量ZZZ、μ:由233公式求的的。（2）滞回变量量zz:本公式式为微分分方程程，涉及及变量量包括：：结构刚度k：结结结构确定定刚度度既定。轴力P：由外荷荷载决决定。等效摩擦系数μμμ：由公式式33求的。Sign：符号号号函数。滞回参数：均可可可采用默默认值值0.5..（4）等效摩擦擦系系数μ：涉及参参数数包括：：μf/μs：快快时、慢时摩摩摩擦系数。r：摩擦系数变变变化参数。v:剪切变形速速度度（剪切位位位移的导导数）注意：左图并不是滞回回回曲线，表表示示摩擦系系数与与加载速速度的的关系。图1.9摩擦擦擦摆支座非非线线性特性性值通过对输入界面面面涉及公公式的的分析可可以非非常清晰晰的了了解程序序如何何模拟摩摩擦摆摆支座。并并列列表如左左图所所示。3.4各设计计计参数如如何确确定设计人员选取参参参数面临2各各问题：：厂家家规格表表中提提供的参参数相相对较少少，如如下表所所示；；理论公公式中中刚度k值的取法法。滑动面半径:由理论公式:TTT=2πRgT=3S可求求求R=2..24(2)摩擦系系系数(μf/μs)及r值：一般厂家会提供供供各规格格支座座实验数数值（右右图为《桥桥梁梁减震、隔隔振振支座和和装置置》p1880页插图图）通过实验数据可可可得到快快时及及慢时摩摩擦系系数。速速度变变化参数数r实际是按按上述述公式拟拟合曲曲线得到到的参参数：图1.10摩摩摩擦摆支座座实实验数据据本例咨询厂家意意意见后个个系数数取值如如下：：μ一般在0.0001-0..006之间，根根据产品品实验验曲线比比较容容易确定定。本本例取0.044/0..033r一般取20sssec/mm这个数数量级，本本例例取22。k=Fd=μwd(本例μ=0.04

W=55000

D=0.0025

k=8.8e5)注意：W取计算轴力还是取支座的承载力结果会不同k=Fd注意：W取计算轴力还是取支座的承载力结果会不同.取支座承载力便于操作，如支座承载力与计算反力相当，对计算结果影响不大。《桥梁减震、隔隔隔振支座座和装装置》一一书中中提到摩摩擦摆摆减震、隔隔震震支座初初始刚刚度K1，根据据美国的的经验验，可取2..5mm位移移时的等等效刚刚度。故可考虑滑动前前前刚度k计算算方法如如下：k=Fd本例μ=0.004W=5550000D=00.000255kk=8..8ee54.全文总结（1）本文结合合规规范详述了了了Civiill程序如何何通通过定义义边界界条件中中的一一般连接接实现现对减隔隔震支支座的模模拟。（2）铅芯橡胶胶支支座和高阻阻阻尼橡胶胶支座座的滞回回模型型本质是是一致致的，而而且相相应规范范中提提供了各各规格格支座产产品的的详