减隔震支座刚度模拟

1、减隔震支座刚度模拟具体问题公路桥梁抗震细则（JTG B02-01-2008）中10.2减减隔震装装置10.2.1常用用的减隔隔震支座座装置分分为整体体型和分分离型两两类10.2.2 目目前常用用的整体体型减隔隔震装置置有：1.铅芯橡橡胶支座座。2.高阻尼尼橡胶支支座。3.摩擦摆摆式减隔隔震支座座。10.2.3目前前常用的的分离型型减隔震震装置有有：1.橡胶支支座+金属阻阻尼器。2. 橡胶胶支座+摩擦阻阻尼器。3. 橡胶胶支座+黏性材材料阻尼尼器。 目目前设计计人员存存在两个个常见的的误区，其其一抗震震分析时时一味的的考虑用用桥墩的的塑性能能力耗散散地震效效应，忽忽略增设设减隔震震支座的的设计思

2、思路。其其二由于于设计人人员对减减隔震支支座的模模拟方式式不清楚楚，造成成潜意识识里回避避减隔震震支座的的采用。本本文考虑虑上述两两点对抗抗震规范范10.2.22条中涉涉及的支支座模拟拟进行说说明。分分离式减减隔震装装置另文文叙述。解决办法铅芯橡胶支支座的模模拟1.1涉及及规范及及支座示示意图(公路路桥梁铅铅芯隔震震橡胶支支座（JJT/TT 8222-220111）)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铅芯芯橡胶支支座的实实际滞回回曲线和和等价线线性化模模型图1.1实实际滞回回曲线图图 图1.22等价线线性化模模型从实际滞回回曲线可可以得到到3点重重要的结结论：铅芯橡胶

3、支支座的位位移剪力力曲线所所围面积积明显大大于较普普通的橡橡胶支座座，而且且滞回曲曲线所谓谓面积反反映了支支座耗能能能力，故故间隔震震支座（对对于本图图为铅芯芯橡胶支支座）的的本质是是通过自自身的材材料或构构造特性性提供更更有效的的耗能机机制，耗耗散地震震产生的的能量，从从而起到到减轻地地震对结结构的破破坏程度度。实际滞回曲曲线一般般为梭形形，图形形成反对对称形态态。目前前通用的的方法是是将其等等效为图图1.22所示的的线性化化模型。通通过K11 、KK2、 KE 、Qyy四个参参数来模模拟铅芯芯橡胶支支座的滞滞回曲线线。.等价线性化化模型中中涉及的的四个参参数含义义如下：K1弹性刚刚度：表表

4、示初始始加载时时，结构构处于弹弹性状态态是的刚刚度（力力与变形形之间的的关系）。 K2屈服服刚度：表示屈屈服之后后的刚度度。 KE等效效刚度：等效的的含义是是指如果果不考虑虑加载由由弹性到到塑性的的变化过过程，仅仅考虑屈屈服后累计位移移与力的的关系折折算出的的刚度。Qy上述述三个参参数仅提提供刚度度的采用用值（可可以理解解为曲线线斜率的的概念），但但具体受受力到多大开始采采用屈服服刚度，由由Qy提供供明确的的界定点点（即屈屈服点）。1.3程序序中如何何实现上上述等价价线性化化模型805版本本点击：边界一般连连接一般连连接特性性添加，选选择特性性值类型型选择铅铅芯橡胶胶支座隔隔震装置置，会弹弹出

5、如下下界面： 图11.3定定义一般般连接特特性值本窗口用于于定义非非线性边边界的特特性值。通通过选择择特性值值类型选选择不同同的力学学模型，对对于铅芯芯橡胶支支座如上上图所示示选择对对应内容容。定义内容主主要包括括三部分分内容:第一部分定定义自重重及使用用质量，由由于程序序定义边边界条件件仅定义义连接特特性，对对于支座座本身的的质量在在此处考考虑。第二部分定定义线性性特性值值：结构构分析一一般分为为线性分分析及非非线性分分析，对对于抗震震可以狭狭义的理理解为反反应谱分分析和时时程分析析。反应应谱分析析理论上上属于静静力分析析的范畴畴，程序序会调用用此处定定义的线线性特性性值。故故结合上上页刚度

6、度的描述述，等效效刚度KKE的值值在这里里输入。对对于时程程分析的的直接积积分法，程程序可以以通过非非线性特特性值中中的内容容确定结结构的阻阻尼情况况，故这这里无需需定义有有效阻尼尼（如果果用户在在线性分分析中需需要考虑虑有效阻阻尼可在在此处输输入，有有效阻尼尼的概念念类似有有效刚度度，主要要用于非非线性单单元中线线性自由由度方向向阻尼属属性，以以及所有有自由度度在线性性分析工工况的阻阻尼属性性）。第三部分用用于定义义非线特特性值：Civvil程程序可以以考虑两两个剪切切方向成成分互相相关联且且具有双双轴塑性性特性，其其中轴向向、扭转转、两个个方向的的弯曲成成分均为为线性且且相互独独立。并并使

7、用PParkk, WWen, annd AAng(19886)在在Wenn(19976)建议的的单轴塑塑性公式式基础上上扩展的的双轴塑塑性计算算公式。对于铅芯橡橡胶支座座截面如如下图所所示：左图用于定定义铅芯芯橡胶支支座非线线性特性性值，阅阅读本文文1.22后不难难理解输输入各项项含义，各各输入参参数与图图1.22对应关关系如下下所示：弹性刚度K1屈服刚度Qy屈服后刚度度与弹性性刚度之之比KK2/KK1两个滞后循循环参数数：可采采用程序序默认值值，用户户如有需需要可修修改其值值。左图标明了了程序计计算铅芯芯橡胶支支座采用用的计算算公式及及滞回曲曲线形状状示意图图。此部部分内容容详解请请参阅北京

8、京迈达斯斯技术有有限公司司出版的的分析析设计原原理88.5.11章章节相关关内容。 图1.4定定义非线线性特性性值1.4各参参数如何何确定 经过过1.33的描述述，对于于程序如如何处理理铅芯橡橡胶支座座应该有有了比较较全面的的掌握。接接下来我我们讨论论设计中中如何确确定各参参数的数数值。 对于于铅芯橡橡胶支座座，公公路桥梁梁铅芯隔隔震橡胶胶支座（JT/T 822-2011）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。 现现以附录录中表AA.2 Y4QQ圆形铅铅芯隔震震橡胶支支座规范范系列参参数表为为例

9、说明明Civvil程程序中各各参数与与表格中中各参数数的对应应关系。图1.4定定义非线线性特性性值结合上文内内容不难难得到如如下对应应表：参数对应表表根据上述对对应表以以及规范范规格表表可以非非常容易易的确定定Civvil程程序中各各参数的的输入值值。具体体输入情情况详见见图1.3、图图1.44。 高阻尼隔隔振橡胶胶支座2.1涉及及规范及及支座示示意图（公公路桥梁梁高阻尼尼隔震橡橡胶支座座（JTT/T 8422-20012）2.2高阻阻尼橡胶胶支座的的等效双双线性恢恢复力模模型比较图1.5及图图1.22可以得得到如下下结论：高阻尼尼和铅芯芯橡胶支支座的恢恢复力模模型没有有本质上上的区别别，两种

10、种支座均均是利用用铅芯或或者高阻阻尼橡胶胶本身具具有的很很好的耗耗能特性性实现隔隔震的作作用。故故设计人人员完全全可以像像铅芯橡橡胶支座座一样输输入对应应参数即即可。图1.5规规范图AA.1支支座的等等效双线线性恢复复力模型型2.3各参参数如何何确定公路桥梁梁高阻尼尼隔震橡橡胶支座座（JTT/T 8422-20012）P24页附录表B.1如下图所示图1.6规规范附录录表格摘摘录图1.7规规范附录录表格局局部鉴于2.22中结论论，高阻阻尼橡胶胶支座的的录入完完全与铅铅芯橡胶胶支座一一致，在在此不再再赘述各各参数的的输入。需需要注意意的是：高阻阻阻尼支座座规格表表中给出出了竖向向压缩刚刚度的值值，

11、铅芯芯橡胶支支座表格格中没有有此项，但但考虑到到竖向一一般不会会出现屈屈服，故故可否参考高高阻尼支支座竖向向刚度量量级确定定铅芯橡橡胶支座座甚至弹弹性计算算中的盆盆式支座座（高阻阻尼支座座表格中中竖向压压缩刚度度范围：3000-26600kkN/mmm）。3 摩擦擦摆减隔隔振支座座3.1涉及及规范及及支座示示意图（目目前暂无无此类支支座的行行业规范范）3.2摩擦擦摆支座座的力学学模型及及恢复力力模型图1.7 力学模模型 图1.88 恢复复力模型型摩擦摆隔震震支座的的力学模模型反应应了摩擦擦摆如何何利用本本身巧妙妙的构造造特性起起到隔震震作用，核核心想法法是地震震作用下下，支座座上下部部分可以以

12、在接触触面（曲曲面）上上自由的的摆动，自自重作用用下支座座有自恢恢复的效效应。比较摩擦摆摆支座的的恢复力力模型与与铅芯橡橡胶支座座（高阻阻尼橡胶胶支座），可可以发现现程序处处理方法法依然采采用线性性化的恢恢复力模模型，但但需要注注意，线线性化后后的刚度度计算方方法与前前述两种种支座有有着本质质上的不不同。具具体内容容请参阅阅北京迈迈达斯技技术有限限公司出出版的分分析设计计原理8.5.12章节相关内容。3.3程序序中如何何实现上上述等价价线性化化模型恢复力模型型采用的的3个公式式含义：（1）“ff=”公公式表示示了支座座剪切力力（f）与剪剪切变形形（d）的关系系。公式式中还将将涉及另另外三个个量

13、：轴力P:可可以根据据外荷载载算得。曲率半径RR:仅与支支座构造造相关。其余两个变变量Z、:由2 33公式求求的。（2）滞回回变量zz:本公公式为微微分方程程，涉及及变量包包括：结构刚度kk：结构构确定刚刚度既定定。轴力P：由由外荷载载决定。等效摩擦系系数：由公公式3求的。Sign：符号函函数。滞回参数：均可采采用默认认值0.5.（4）等效效摩擦系系数：涉及参参数包括括：f/ss：快时时、慢时时摩擦系系数。r：摩擦系系数变化化参数。v:剪切变变形速度度（剪切切位移的的导数）注意：左图并不是是滞回曲曲线，表表示摩擦擦系数与与加载速速度的关关系。图1.9 摩擦摆摆支座非非线性特特性值通过对输入入界

14、面涉涉及公式式的分析析可以非非常清晰晰的了解解程序如如何模拟拟摩擦摆摆支座。并并列表如如左图所所示。3.4 各各设计参参数如何何确定设计人员选选取参数数面临22各问题：厂家规规格表中中提供的的参数相相对较少少，如下下表所示示；理论论公式中中刚度kk值的取取法。滑动面半径径: 由理论公式式:T=22Rg T=3S 可求 R=22.244 (2)摩摩擦系数数(f/s)及r值：一般厂家会会提供各各规格支支座实验验数值（右右图为桥桥梁减震震、隔振振支座和和装置p180页插图）通过实验数数据可得得到快时时及慢时时摩擦系系数。速速度变化化参数rr实际是是按上述述公式拟拟合曲线线得到的的参数：图1.100

15、摩擦擦摆支座座实验数数据本例咨询厂厂家意见见后个系数取取值如下下：一般在00.011-0.06之之间，根根据产品品实验曲曲线比较较容易确确定。本本例取 0.004/00.033r一般取220seec/mm这个数数量级，本例取22。k=Fd=wd(本例=0.04W=55000D=0.0025k=8.8e5)注意：W取计算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。桥梁减震震、隔振振支座和和装置一一书中提提到摩擦擦摆减震震、隔震震支座初初始刚度度K1，根根据美国国的经验验，可取取2.55mm位位移时的的等效刚刚度。故可考虑滑滑动前刚刚度k计计算方法法如下：k=Fd本例=00.044 W=550000 D=00.00025 k=88.8ee54.全文总总结（1）本文文结合规规范详述述了Ciivill程序如如何通过过定义边边界条件件中的一一般连接接实现对对减隔震震支座的的模拟。（2）铅芯芯橡胶支支座和高高阻尼橡橡胶支座座的滞回回模型本本质是一一致的，而而且相应应规范中中提供了了各规格格支座产产品的详详细力学学特性值值。工程