开通VIP，畅享免费电子书等14项超值服
首页
好书
留言交流
下载APP
联系客服
橡胶隔震支座具有水平刚度低、竖向抗压刚度及受压承载力高等性能，但其抗拉刚度及受拉承载力明显不足。新隔标中明确规定重点设防类建筑采用橡胶隔震支座在罕遇地震下竖向拉应力不大于1MPa。研究表明，叠层橡胶受拉时，橡胶内部形成负压状态，内部产生空洞而受到损伤。当橡胶隔震支座经较大受拉变形后再受压，其竖向受压刚度降低为初始刚度的1/2左右，因此开发抗拉橡胶隔震支座，有助于其在一些高层或对竖向地震作用敏感的建筑中推广和应用。本文主要介绍可提离支座在SAUSG软件中的模拟分析，进而说明该类型支座能够很好的解决支座受拉问题。
可提离支座构成及基本原理
目前处理隔震支座抗拉能力不足的问题，主要通过设置抗拉限位装置解决。现阶段抗拉限位装置主要有两类：类型一为抗拉限位装置与橡胶隔震支座设置为一体；类型二为将抗拉限位装置单独设置在隔震支座附近，限制隔震支座在地震作用下的拉伸变形。但是对于以上两种类型的抗拉限位装置在抗震设计中通常作为二道防线来使用，不参与整体受力计算，因此一些隔震支座厂家研发设计可提离隔震支座，常用的可提离隔震支座构造如下图1。可提离支座通过设定提离限位销与可提离扣盖的距离，在一定范围内释放抗拉刚度，当提离距离超过设计间隙时，便会利用橡胶支座的有限抗拉能力来承担地震作用下产生的拉应力。
图1 可提离隔震支座及组装示意图
根据可提离隔震支座的工作原理，将可提离装置与隔震支座串联，竖向受力的同时考虑可提离装置与隔震橡胶支座的共同作用，因此可提离隔震支座可采用如下图2所示力学模型。可提离隔震支座在SAUSG软件仿真示意如图3，用钩、间隙、和补充刚度单元并联形式模拟可提离装置，勾和间隙单元来提供抗拉和抗压刚度，补充刚度采用线性弹簧模拟，其目的是提供水平及旋转方向刚度，避免出现几何可变体系。
图2可提离隔震支座力学模型
图3可提离隔震支座构造示意图
可提离支座在SAUSG中的实现
可提离隔震支座可利用SAUSAGE中减震组自定义并联形式建模，首先需要定义隔震支座以及其他连接单元的属性，其他连接单元属性见图4(a)(b)(c)。可提离支座需要在建模编辑菜单下【减震组】中定义，隔震支座与连接单元的串并联方式参见图4(d)。所有连接参数及支座定义完成后便可以通过“两点建”或“点击建”的方式建立可提离支座模型。
(a) 钩单元属性
(b) 间隙单元属性
(c) 线性弹簧单元属性
(d) 可提离隔震支座定义
图4 连接单元属性及可提离隔震支座定义设置
1、结构模型信息
本算例为基底隔震框架剪力墙结构，隔震支座属性如下表1所示，主体结构为10层，楼层总高度为40.7m，结构模型如图5所示。该结构地震设防烈度为8.5度（0.3g），乙类建筑，场地类别为Ⅳ，设计地震分组为第二组。本工程位于高烈度区，地震动幅值较大，如不采取措施时，部分隔震支座竖向拉应力超过1MPa限值。因此需要采取措施，保护支座，避免出现过大拉应力影响支座的隔震性能。
图5隔震结构模型
解决措施：对大部分易受拉的外圈隔震支座设置可提离装置，通过该装置释放部分受拉变形，防止隔震支座承受拉力破坏，失去水平隔震作用，又能保证隔震支座的压剪性能，同时可提离装置中能够提供一定的抗拔承载能力，参与承担水平地震作用下引起的结构倾覆力矩，控制可提离装置的竖向变形，防止结构出现倾覆，控制隔震支座的拉应力小于1MPa，确保外圈设置可提离装置的隔震支座和内圈未设置可提离装置的隔震支座在罕遇地震下水平剪切性能的可靠性。隔震支座布置如下图6所示。
表1 隔震支座参数
图6 隔震支座布置示意图
2、地震动信息
该结构计算分析采用两条天然波Chi-Chi,Taiwan_NO_1227波、Chi-Chi,Taiwan-03_NO_2473波和一条人工波RH2TG075波。本算例采用三向地震动输入（X向：Y向：Z向=1:0.85:0.65）。下图7为选取主方向地震动谱与规范谱的对比，符合《建筑抗震设计规范》GB50011-2010选波规定。
图7 地震动谱
3、动力分析结果
上部结构最大层间位移角
图8 罕遇地震下结构楼层数据
图8(a)、(b)为该结构在布置普通隔震支座和布置可提离隔震支座情况下上部结构层间位移角曲线图，从弹塑性分析结果看，两种支座模型上部结构的层间位移角变化趋势基本一致。通过对数据的整理，提离隔震支座模型相比普通隔震支座模型，X向作为主方向下三个工况的层间位移角最大相差2.5%，Y向作为主方向下的三个工况的层间位移角最大相差7.6%，层间位移角相对差值比较小。图(c)、(d)为该结构在布置普通隔震支座和布置可提离隔震支座情况下上部结构楼层剪力曲线图，由图可知，罕遇地震作用下，两种不同隔震支座布置的结构模型楼层剪力基本没有差异，因此可以看出可提离隔震支座对水平方向结构响应基本没有影响。
隔震支座水平位移及拉压应力验算
图9 罕遇地震下普通隔震支座验算（包络值）
图10 罕遇地震下可提离隔震支座验算（包络值）
上图9、10为SAUSG-PI软件提取大震弹塑性分析后支座验算包络值结果，从中可以看到布置普通隔震支座和可提离隔震支座结构最大水平位移均为572mm，小于隔震支座有效直径的0.55倍（605mm）和支座橡胶层总厚度3.0倍（660mm）的较小值605mm。
两种隔震支座最大压应力均小于新隔标中规定的重点设防类隔震建筑在罕遇地震作用下最大压应力25MPa限值，因此两种隔震支座压应力满足要求。普通隔震支座在罕遇地震作用下两侧边多个隔震支座拉应力超过了规范要求限值1MPa，而设置可提离支座后，橡胶隔震支座受拉情况明显减小（个别支座仍受拉，在做结构设计时需要不断调整寻找可提离装置最优参数，这里只说明设置可提离支座后，橡胶支座受拉状况明显改善）。
可提离支座动力响应
由前文可知可提离装置抗拉刚度为5e6kN/m2，初始间隙15mm。人工波工况下可提离隔震支座平面布置图左下角可提离支座变形曲线如图11，钩单元轴力曲线如图12，间隙单元轴力曲线如图13。以下曲线图之间相互关联，由变形图可知，在14s-16s和20s-22s地震作用时间段可提离装置竖向变形超过了钩单元初始间隙，此时段钩单元发挥作用，提供一定的抗拉能力，其他时间段则由间隙单元发挥抗压作用。（在获取可提离隔震支座中钩和间隙单元时程数据时，许多小伙伴不知道如何去操作，其实很简单，首先我们在【属性修改】菜单栏下'选取’功能中点击【按参数】—【截面】命令，选择需要查看的减隔震装置截面，然后在软件模型窗口下快捷工具栏点击'显示选中’命令，最后我们就可以在后处理中提取我们需要的可提离支座相应单元时程数据啦。）
图11 人工波Y工况下可提离支座装置竖向变形曲线
图12 人工波Y工况下可提离装置钩单元轴力曲线
图13 人工波Y工况下可提离装置间隙轴力曲线
2.采用可提离隔震支座，能够很好的解决橡胶隔震支座拉应力超限问题，并且地震作用下对上部结构响应影响较小，对隔震层水平位移基本没有影响。因此可提离隔震支座的研发与应用，将推动隔震技术在高烈度地区、较大高宽比建筑中的应用。
参考文献
[1] 苗启松，卜龙瑰，閤东东，等. 隔震建筑支座抗拉问题研究与应用[J]. 建筑结构，2019,49（18）：13-18