厚层阻尼橡胶支座的震振双控性能研究

作     者：卢梓聪 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周云

授予年度：2024年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：厚层阻尼橡胶支座 压剪试验 纯压试验 三维力学模型 有限元分析 现场振动试验 

摘      要：针对地铁上盖建筑需要震振双控的问题,本文根据单自由体系的运动特性,创新地提出一种新型地铁上盖建筑用震振双控橡胶支座——厚层阻尼橡胶支座(TLDRB),改进了一个水平力学模型用于模拟TLDRB在水平方向上的运动特性,并提出了一个用于模拟橡胶支座在纯压工况下的竖向力学模型。 本文阐述了TLDRB设计思路,通过力学性能试验、有限元分析和现场振动试验等方式,研究TLDRB的三维力学性能和隔振性能,以及形状系数对于TLDRB三维力学性能的影响,主要内容如下: (1)设计了厚层阻尼橡胶支座、厚层橡胶支座、阻尼橡胶支座和普通橡胶支座4个不同构造的橡胶支座,采用拟静力试验的方法对支座进行4种不同压力、5种水平位移组合的压剪耦合工况和4种不同压力的纯压工况研究,检验支座的三维力学性能。通过对比4种不同构造的支座在不同工况下的滞回曲线,研究了橡胶材料和单层橡胶厚度对于橡胶支座力学性能的影响。试验结果表明所提出的TLDRB与普通橡胶支座相比,不会显著地改变橡胶支座的水平力学性能,还能有效提高橡胶支座的水平和竖向耗能能力。TLDRB支座的竖向承载力满足规范要求,且有效降低了支座的竖向刚度。 (2)通过理论分析方法提出了TLDRB的水平和竖向力学模型,对比分析了TLDRB的力学模型模拟结果和试验结果之间的误差。TLDRB的力学模型的拟合结果显示,水平力学模型关于力和滞回耗能的拟合最大误差分别为1.54%和7.21%,竖向力学模型关于位移和滞回耗能的拟合最大误差分别为1.22%和4.67%,表明所提出的TLDRB的三维力学模型具有良好的准确性。 (3)设置了7种具有不同第一和第二形状系数的橡胶支座,通过ABAQUS软件进行有限元模拟分析,研究了橡胶支座的第一和第二形状系数对橡胶支座的竖向刚度、水平力学性能和支座稳定性能的影响。有限元参数分析结果表明,第一形状系数不会影响支座的水平性能,但当支座的第二形状系数小于3.5时,支座的稳定性会显著下降。 (4)在地铁出入段上方设置了一块160mm厚的混凝土楼板,在楼板的四个角落通过设置3种不同的橡胶支座(厚层阻尼橡胶支座、厚层橡胶支座和厚肉橡胶支座)和不设置橡胶支座(FB)的方式,分别代表了三种不同类型的隔振楼板和非隔振模型。通过锤击法进行了不同楼板的模态测试,研究了橡胶支座的对楼板竖向模态的影响。测试结果表明,安装橡胶支座的隔振楼板会使楼板结构增加振动模式为整体上下平动的第一阶竖向模态。隔振楼板安装的支座竖向刚度越低,楼板的竖向一阶模态频率点就越小。各类型楼板的模态阻尼比会随着模态阶数的下降而下降,而隔振楼板的模态阻尼比下降速度快于非隔振模型楼板。 (5)对隔振和非隔振楼板进行地铁振动响应试验研究,对比分析不同楼板的地铁振动隔振效果,研究了3种橡胶支座的隔振能力以及不同竖向刚度对橡胶支座隔振效果的影响。测试结果表明:TLDRB能有效的减少地铁振动能量,TLLNR的隔振效果与TLDRB的差异不大,竖向刚度更低的TRB的隔振效果更好,而不设置橡胶隔振支座的FB的会放大地铁振动能量。 (6)研究结果表明,与普通的橡胶支座相比较,所提出的TLDRB具有良好的水平力学性能和三维耗能能力,满足竖向承载力的要求,有效地降低了竖向刚度,还能有效衰减地铁振动的能量,达到震振双控的目的。