midas-减隔震支座的刚度模拟

1、01、减隔震支座的刚度模拟具体问题:根据公路桥梁抗震细则(JTGB02-01-2008)JTGB02-01-2008)中第 10.210.2 条中关于减隔震装置的说明，常用的减隔震支座装置分为整体型和分离型两类。目前常用的整体型减隔震装置有：铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、摩擦摆式减隔震支座；目前常用的分离型减隔震装置有：橡胶支座+金属阻尼器、橡胶支座+摩擦阻尼器、橡胶支座+黏性材料阻尼器。目前设计人员普遍存在两个误区，其一：抗震分析时一味的考虑用桥墩的塑性能力耗散地震效应，忽略增设减隔震支座的设计思路；其二：由于设计人员对减隔震支座的模拟方式不清楚， 造成潜意识里回避减隔震支座的采用。 本文考

2、虑上述两点对 公路桥梁抗震细则 (JTGB02-01-2008)JTGB02-01-2008)第 10.210.2 条中涉及的减隔震支座模拟进行说明。限于篇幅，本文仅对整体型减隔震装置进行叙述。解决新法：1 1、铅芯橡胶支座涉及规范及支座示意图(公路桥梁铅芯隔震橡胶支座Siea精古片吞田k5西图 1.11.1 铅芯橡胶支座示意图铅芯橡胶支座的实际滞回曲线和等价线性化模型JT/T822-2011JT/T822-2011)|F.TL L心事L冷U.L；-tWVKr从实际滞回曲线可以得到 3 3 点重要的结论：1）铅芯橡胶支座的位移剪力曲线所围面积明显大于较普通的橡胶支座，而且滞回曲线所谓面积反映了

3、支座耗能能力，故间隔震支座（对于本图为铅芯橡胶支座）的本质是通过自身的材料或构造特性提供更有效的耗能机制，耗散地震产生的能量，从而起到减轻地震对结构的破坏程度。2）实际滞回曲线一般为梭形，图形成反对称形态。目前通用的方法是将其等效为图 1.21.2 所示的线性化模型。通过 K1K1、K2K2、KEKE、QyQy 四个参数来模拟铅芯橡胶支座的滞回曲线。3）等价线性化模型中涉及的四个参数含义如下：K1K1弹性刚度：表示初始加载时，结构处于弹性状态是的刚度（力与变形之间的关系）。K2K2屈服刚度：表示屈服之后的刚度。KEKE等效刚度：等效的含义是指如果不考虑加载由弹性到塑性的变化过程，仅考虑屈服后累

4、计位移与力的关系折算出的刚度。QyQy上述三个参数仅提供刚度的采用值（可以理解为曲线斜率的概念），但具体受力到多大开始采用屈服刚度，由 QyQy 提供明确的界定点（即屈服点）。程序中如何实现上述等价线性化模型程序（805805 版本）中选择边界一般连接一般连接特性添加，选择特性值类型选择铅芯橡胶支座隔震装置，如图 1.1.4 4 所示：图 1.1.2 2 实际滞回曲线图图 1.1.3 3 等价线性化模型图 1.1.4 4 定义一般连接特性值图 1.1.4 4 中需要定义的内容主要包括 3 3 部分：1)定义自重及使用质量，由于程序定义边界条件仅定义连接特性，对于支座本身的质量在此处考虑。2)定

5、义线性特性值： 结构分析一般分为线性分析及非线性分析， 对于抗震可以狭义的理解为反应谱分析和时程分析。反应谱分析理论上属于静力分析的范畴，程序会调用此处定义的线性特性值。故结合上页刚度的描述，等效刚度 KEKE 的值在这里输入。对于时程分析的直接积分法，程序可以通过非线性特性值中的内容确定结构的阻尼情况，故这里无需定义有效阻尼(如果用户在线性分析中需要考虑有效阻尼可在此处输入， 有效阻尼的概念类似有效刚度， 主要用于非线性单元中线性自由度方向阻尼属性，以及所有自由度在线性分析工况的阻尼属性)。3)用于定义非线特性值：CivilCivil 程序可以考虑两个剪切方向成分互相关联且具有双轴塑性特性，

6、其中轴向、扭转、两个方向的弯曲成分均为线性且相互独立。并使用 Park,Wen,andAng(1986)Park,Wen,andAng(1986)在 Wen(1976)Wen(1976)建议的单轴塑性公式基础上扩展的双轴塑性计算公式。对于铅芯橡胶支座截面，如图 1.51.5 所示：图 1.51.5 定义非线性特性值图 1.1.5 5 中各项的含义可参照上文中关于铅芯橡胶支座的实际滞回曲线和等价线性化模型的说明进行理解。各输入参数的对应关系：弹性刚度 K1;K1;屈服刚度一Qy;Qy;屈服后刚度与弹性刚度之比k kK2/K1K2/K1; ;两个滞后循环参数：可采用程序默认值，用户如有需要可修改其

7、值。该图中的示意图表明了程序计算铅芯橡胶支座采用的计算公式及滞回曲线形状。此部分内容详解请参阅北京迈达斯技术有限公司出版的分析设计原理8.5.118.5.11 章节相关内容。各参数如何确定至|J|J 此，对于程序如何处理铅芯橡胶支座应该有了比较全面的掌握。接下来我们讨论设计中如何确定各参数的数值。对于铅芯橡胶支座，公路桥梁铅芯隔震橡胶支座(JT/T822-2011JT/T822-2011) )附录中有详细的规格表，其中明确表明了各型号支座的力学性能，其中包括：铅芯屈服力、剪切弹性模量、屈服后刚度、水平等效刚度、等效阻尼比等内容。现以附录中表 A.2Y4QA.2Y4Q 圆形铅芯隔震橡胶支座规范系

8、列参数表为例说明 CivilCivil 程序中各参数与表格中各参数的对应关系。如图 1.1.6 6 所小:结合上文内容不难得到如图 1.1.7 7 所示的参数对应表:程序输入孥数视题规格表中的危侪有超柳段（叫）|水平笛班刚应弹性刚度f fK17K17怔弟新刚您佃四度皿）回小艇服力届欣麻屋小学性刚啜一（J屈打刚蛙”闻眼前刚度图 1.1.7 7 参数对应表根据上述对应表以及规范规格表可以非常容易的确定 CivilCivil 程序中各参数的输入值。2 2、高阻尼橡胶支座涉及规范及支座示意图（公路桥梁高阻尼隔震橡胶支座（JT/T842-2012JT/T842-2012） ）高阻尼橡胶支座的等效双线性恢

9、复力模型同里受 F图 1.1.9 9 等效双线性恢复力模型比较图 1.91.9 及图 1.31.3 可以得到如下结论：高阻尼和铅芯橡胶支座的恢复力模型没有本质上的区别，两种支座均是利用铅芯或者高阻尼橡胶本身具有的很好的耗能特性实现隔震的作用。故设计人员完全可以像铅芯橡胶支座一样输入对应参数即可。各参数如何确定根据规范公路桥梁高阻尼隔震橡胶支座(JT/T842-2012)JT/T842-2012) P24P24 页附录表 B.1B.1, ,如图 1.101.10 所示:B.i门里m餐尼U双,裂立鹿工耦村KQ幡*+JU包商nM世事wcWK机m口 等度uHEA尺TST*MR如他ar*以j#T战/Ll

10、.1d019MPa小mmXfrnvnnwn7mmKmmifElFTImmtimm之星mmimrarafKRhMmmMlMHEEhlMTnmKfinhl?mm*1刎5S2oaoaId1躺112HTs s20卸xaxaHQj.OiiuX)1回岫MS3例1JitrUITS340期口际 1鸿4Tlan09?1112Th?小堂打iii,存原1题&k力UDIEJU图 1.161.16 厂家规格表中提供的尺寸参数?1 1）滑动面半径一一由理论公式：T=2T=2 无；? ?T=3s,T=3s,可求得 R=2.24;R=2.24;2 2）摩擦系数（vf/gsvf/gs）及 r r 值：R=照-（必-W）

11、dtp1一般厂家会提供各规格支座实验数值（如图 1.1.1717 所示为桥梁减震、PgPg 振支座和装置p180p180 页插图）(ag冷舁HIM图 1.171.17 摩擦摆式支座实验数据通过实验数据可得到快时及慢时摩擦系数。速度变化参数 r r 实际是按上述公式拟合曲线得到的参数。本例咨询厂家意见后各系数取值如下：g g-一一般在 0.01-0.060.01-0.06 之间，根据产品实验曲线比较容易确定。本例取 0.04/0.03;0.04/0.03;r r 一般取 20sec/m20sec/m 这个数量级，本例取 2222。3滑动前刚度取值：3 3）文=温 Jp邛7桥梁减震、隔振支座和装置

12、一书中提到摩擦摆减震、隔震支座初始刚度 K1K1, ,根据美国的经验，可取 2.5mm2.5mm 位移时的等效刚度。故可考虑滑动前刚度 k k 计算方法：k=F/d=w/dk=F/d=w/d 本例从=0.04,W=55000=0.04,W=55000, ,D=0.0025k=8.8e5D=0.0025k=8.8e54 4、全文总结本文结合规范详述了 CivilCivil 程序如何通过定义边界条件中的一般连接实现对减隔震支座的模拟。铅芯橡胶支座和高阻尼橡胶支座的滞回模型本质是一致的，而且相应规范中提供了各规格支座产品的详细力学特性值。工程师选用这两种支座结合本文采用 CivilCivil 程序可以很方便的进行非线性边界条件的模拟摩擦摆隔震支座相对另外两种支座面临产品规范表中参数偏少的特定，设计人员在实际操作中存在很多参数