楊巧榮 王梁亞 劉文光 許浩 徐鴻飛

摘要： 針對(duì)斜向旋轉(zhuǎn)型三維隔震裝置的變形及力學(xué)性能特點(diǎn)，介紹了該三維隔震裝置的組成部件、變形機(jī)理和力學(xué)性能設(shè)計(jì)方法，建立其水平平動(dòng)剛度模型、豎向力?位移滯回模型，確定了三維隔震裝置的水平平動(dòng)剛度、豎向壓縮剛度和水平扭轉(zhuǎn)剛度理論公式。采用300型三維隔震支座進(jìn)行了豎向加載力學(xué)性能試驗(yàn)，擬靜力試驗(yàn)結(jié)果表明，該三維隔震裝置豎向變形形式符合理論機(jī)理，滯回性能和承載能力穩(wěn)定，將三維隔震裝置加載、卸載豎向剛度及等效黏滯阻尼比的理論計(jì)算值和試驗(yàn)實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果吻合較好。通過對(duì)三維隔震裝置進(jìn)行有限元模擬分析，驗(yàn)證了理論分析和靜力試驗(yàn)所得出的水平和豎向滯回模型的正確性。

關(guān)鍵詞： 三維隔震; 傾斜旋轉(zhuǎn)摩擦; 力學(xué)模型; 靜力試驗(yàn); 有限元分析

中圖分類號(hào)： TU352.1? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? ? 文章編號(hào)： 1004-4523（2021）03-0462-10

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2021.03.003

引 言

隔震結(jié)構(gòu)通過在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震層，使上部結(jié)構(gòu)與水平地震動(dòng)絕緣，從而提高結(jié)構(gòu)的抗震性能[1]。長(zhǎng)久以來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者一直把注意力集中在研究水平地震方面，但豎向地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)的消極影響也不容忽視。1976年Gazli地震與1979年Imperial地震記錄豎向加速度均超過了水平加速度，1995年日本阪神地震中豎向地震對(duì)大跨度結(jié)構(gòu)的震動(dòng)破壞遠(yuǎn)大于水平地震[2]。與非隔震結(jié)構(gòu)相比，傳統(tǒng)水平隔震結(jié)構(gòu)能較好地隔絕水平地震動(dòng)，但不會(huì)減小豎向地震作用，相反還可能略有放大[3]，因此進(jìn)行結(jié)構(gòu)豎向隔震研究就顯得十分重要。

近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在研究建筑水平隔震的同時(shí)還對(duì)三維隔震技術(shù)進(jìn)行了大量的分析和研究，提出的三維豎向隔震措施和裝置，包括厚層橡膠支座、液壓油缸、空氣彈簧等。Seigenthaler[4]采用厚層橡膠塊作為建筑物三維隔震支座對(duì)一幢學(xué)校建筑進(jìn)行加固，之后對(duì)這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，這是首次應(yīng)用于實(shí)踐的三維隔震設(shè)計(jì)。Tajirian等[5]提出一種鋼疊層彈性支座，通過使用粘在鋼墊板上的厚橡膠層來提供水平和豎向剛度。Kimoto等[6]將厚層橡膠支座放置在摩擦擺支座下方形成三維隔震裝置，并利用設(shè)置在橡膠層外圍的油阻尼器來提供豎向阻尼。Kato等[7]使用液壓油缸作為豎向隔震裝置，并將液壓油缸相互連接來控制上部結(jié)構(gòu)的搖擺作用。Takahashi等[8]提出的三維隔震裝置由疊層橡膠支座作為水平隔震，空氣彈簧作為垂直隔震裝置，采用帶油阻尼器的抗搖裝置來控制搖擺振動(dòng)。Vu 等[9]提出分層彈性與阻尼豎向支撐裝置的概念來控制隔震結(jié)構(gòu)垂直加速度響應(yīng)和減小吊頂系統(tǒng)受損的可能性。

中國(guó)對(duì)結(jié)構(gòu)三維隔震的研究較晚，近年來不少學(xué)者將三維隔震裝置組合優(yōu)化，并進(jìn)行縮尺模型和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究，還深入研究三維隔震理論，取得了一些研究成果。熊世樹等[10]、孟慶利等[11]、顏學(xué)淵等[12]將碟形彈簧引入三維基礎(chǔ)隔震系統(tǒng)，研發(fā)了多種組合形式的三維隔震裝置，如鉛芯橡膠碟簧三維隔震支座、將碟形彈簧置于密閉油缸中的豎向半主動(dòng)三維隔震裝置，并對(duì)這些裝置的性能進(jìn)行了理論和試驗(yàn)分析，另外也對(duì)三維隔震系統(tǒng)的抗傾覆問題進(jìn)行了研究。尚守平等[13]提出了一種由鋼筋混凝土和內(nèi)嵌瀝青油膏構(gòu)成，以豎向圓柱螺旋壓縮彈簧為隔震單元的復(fù)合隔震墩三維隔震裝置。魏陸順等[14]提出了一種可抗豎向搖擺的三維隔震系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究了該三維隔震系統(tǒng)的性能，結(jié)果表明，上部隔震結(jié)構(gòu)豎向響應(yīng)顯著減小，結(jié)構(gòu)抗震安全性大大提高。郭陽(yáng)照等[15]通過將擠壓鉛消能件放置于疊層橡膠墊中，設(shè)計(jì)出一種隔震墩三維隔震系統(tǒng)。李宏男[16]、孫士軍等[17]在反應(yīng)譜組合公式SRSS法和多維反應(yīng)譜CQC組合方法的基礎(chǔ)上，建議了多維組合公式。李雄彥等[18]研究空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的豎向隔震機(jī)理，建立了支座豎向剛度、激勵(lì)特征頻率與隔震系數(shù)間的關(guān)系。許浩等[19]提出斜向滑動(dòng)摩擦三維隔震支座，通過傾斜放置傳統(tǒng)的鉛芯橡膠支座，將隔震層的豎向變形轉(zhuǎn)化為傾斜支座的斜向滑動(dòng)剪切變形，由傾斜支座內(nèi)的鉛芯提供豎向阻尼，上部放置傳統(tǒng)鉛芯橡膠支座進(jìn)行水平隔震，從而實(shí)現(xiàn)三維隔震的目的。

三維隔震技術(shù)多應(yīng)用于核電廠三維隔震及精密儀器抗震。核電廠的豎向頻率大約為4 Hz，采用三維隔震的反應(yīng)堆要求隔震裝置豎向頻率≤1 Hz，采用空氣彈簧的三維隔震核電廠豎向頻率在0.5 Hz左右，但必須抑制搖擺分量[20]。Fujita等[21]等為解決精密儀器的防振和隔震問題，采用多級(jí)橡膠支座和疊簧形成三維隔震樓板系統(tǒng)，豎向頻率為0.9 Hz。現(xiàn)有三維隔震裝置存在尺寸過大、構(gòu)造復(fù)雜、造價(jià)昂貴以及豎向變形能力有限的問題，不利于工程實(shí)際應(yīng)用。

本文研究一種斜向旋轉(zhuǎn)型三維隔震裝置（inclined rotational three?dimensional seismic isolation device），基于傳統(tǒng)鉛芯橡膠支座力學(xué)性能，提出其水平、豎向力學(xué)性能理論模型，對(duì)豎向力學(xué)性能進(jìn)行靜力試驗(yàn)研究，最后采用ABAQUS分析軟件建立裝置的有限元模型，并與理論模型及靜力試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 斜向旋轉(zhuǎn)型三維隔震系統(tǒng)

1.1 三維隔震裝置介紹

通過將傳統(tǒng)的鉛芯橡膠支座傾斜放置，將結(jié)構(gòu)的豎向變形轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)鋼板的水平轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜支座的壓剪變形，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)較大的豎向承載能力和較小的豎向剛度，從而實(shí)現(xiàn)三維隔震的目的。

該裝置主要由三部分構(gòu)成，分別是裝置上部具有水平隔震作用的鉛芯橡膠支座（Lead Rubber Bearing，LRB），裝置中部提供轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)鋼板，裝置下部用于豎向隔震的傾斜鉛芯橡膠隔震支座組合，如圖 1所示，為該斜向旋轉(zhuǎn)型三維隔震裝置構(gòu)造示意圖。

1.2 三維隔震裝置隔震變形分析

上部水平隔震支座、中部旋轉(zhuǎn)鋼板和下部?jī)A斜組合隔震支座串聯(lián)構(gòu)成該裝置的三維隔震系統(tǒng)。由于下部?jī)A斜組合支座在水平方向上剛度較大，在水平地震動(dòng)作用時(shí)平動(dòng)位移較小，上部水平隔震支座主要承擔(dān)水平隔震作用，上部水平隔震支座性能可視為整體三維隔震裝置水平隔震性能。同理，由于上部水平支座軸向壓縮剛度較大，在地震動(dòng)作用下豎向變形較小，可認(rèn)為三維裝置整體豎向隔震性能由旋轉(zhuǎn)鋼板和下部?jī)A斜組合支座決定。上部水平隔震支座和下部?jī)A斜組合支座分別起到隔離水平、豎向地震動(dòng)的作用，上部結(jié)構(gòu)在水平、豎向地震動(dòng)作用下均處于剛性平動(dòng)狀態(tài)。由此，可實(shí)現(xiàn)裝置水平和豎向隔震解耦，對(duì)結(jié)構(gòu)三維隔震的目標(biāo)。

對(duì)于裝置下部豎向組合隔震支座，將鉛芯橡膠支座傾斜放置，在豎向荷載作用下，壓縮分量和剪切分量使得支座發(fā)生的軸向壓縮變形和斜向剪切變形耦合為裝置的豎向壓縮變形，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)鋼板發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而使支座整體具有豎向自由度。發(fā)生地震時(shí)，下部?jī)A斜組合支座在平衡位置發(fā)生往復(fù)旋轉(zhuǎn)，整體裝置發(fā)生豎向滯回變形。此三維隔震裝置由下部?jī)A斜組合支座提供豎向剛度，由鉛芯屈服變形和轉(zhuǎn)動(dòng)鋼板旋轉(zhuǎn)摩擦耗能。豎向隔震支座組合受力變形如圖 2所示。

2 三維隔震裝置的力學(xué)性能

2.1 三維隔震裝置水平力學(xué)性能

上部水平隔震系統(tǒng)是一個(gè)鉛芯橡膠隔震支座，其相關(guān)力學(xué)性能的研究目前已較為完善，其豎向剛度Kv，u、屈服后剪切剛度Kd，u和屈服荷載Qd，u分別為：

式中 Ecb為橡膠材料修正后的彈性模量，A為鉛芯橡膠支座的截面積，Tr為橡膠層總厚度，G為橡膠材料的剪切模量，Ap為鉛芯的橫截面積，σpb為鉛芯的屈服應(yīng)力。

下部豎向隔震系統(tǒng)是三個(gè)鉛芯橡膠隔震支座傾斜放置的組合體，在水平地震作用下，上部水平支座發(fā)生較大變形，下部?jī)A斜組合支座發(fā)生較小變形或使用限位裝置限制其水平位移。下部鉛芯橡膠支座在水平地震動(dòng)作用下的平動(dòng)變形如圖 3所示。

假設(shè)平動(dòng)方向與圖 3 的y軸正方向順時(shí)針偏轉(zhuǎn)角度為α，則傾斜支座在水平方向上剛度為

式中 Kv為支座豎向壓縮剛度，Kd為屈服后剪切剛度，θ為支座傾角。

由式（4），若上部水平支座發(fā)生300%剪應(yīng)變（此時(shí)水平剪切位移為橡膠支座橡膠層總厚的3倍），下部?jī)A斜組合支座剛度最弱方向水平變形僅為上部水平支座變形的1%，水平位移極小，故無(wú)需設(shè)置限位裝置，下部?jī)A斜支座組合在水平方向上可視為剛體，則三維隔震支座的水平性能可視為上部水平支座的性能，從而達(dá)到三維隔震裝置水平與豎向隔震解耦的目的。

對(duì)于鉛芯橡膠支座，其扭轉(zhuǎn)剛度可表示為

傾斜支座以中心對(duì)稱的方式布置在半徑為R'的圓上，當(dāng)連接件發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，可認(rèn)為傾斜支座扭轉(zhuǎn)是由剪切變形引起的扭轉(zhuǎn)和支座本身的扭轉(zhuǎn)耦合而成。連接件發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形φ時(shí)，由剪切變形引起的扭矩為

則下部?jī)A斜支座組合的扭轉(zhuǎn)剛度為

式中 n為傾斜支座的個(gè)數(shù)，r為橡膠支座的半徑，Tr為橡膠支座的橡膠層總厚。

2.2 三維隔震裝置豎向壓縮力學(xué)性能

下部支座斜向位移導(dǎo)致LRB組合整體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)并產(chǎn)生豎向位移，上部水平LRB與轉(zhuǎn)動(dòng)鋼板之間的接觸面為聚四氟乙烯材料，可以保證轉(zhuǎn)動(dòng)面間有較小摩擦而不阻礙裝置發(fā)生豎向位移，在豎向荷載作用下，下部單個(gè)傾斜支座受力變形如圖4所示。

式（10）?（20）中 Mf為轉(zhuǎn)動(dòng)鋼板的旋轉(zhuǎn)摩擦力矩，R為轉(zhuǎn)動(dòng)鋼板半徑;μ為轉(zhuǎn)動(dòng)鋼板和上部水平支座之間的摩擦系數(shù)。ΔW表示一個(gè)循環(huán)的滯回面積消耗的能量;Qmax，Q1和δmax，δ1分別為一個(gè)滯回環(huán)內(nèi)最大/最小豎向力和最大/最小豎向位移，Qd為橡膠支座的剪切屈服荷載，并聯(lián)后裝置的豎向力學(xué)模型可視為鉛芯橡膠支座剪切模型、壓縮模型和旋轉(zhuǎn)摩擦模型的疊加，如圖5所示。豎向滯回模型如圖6所示。

2.3 三維隔震裝置豎向承載相關(guān)性能

目前隔震建筑用的疊層橡膠支座的設(shè)計(jì)壓應(yīng)力一般在5?10 MPa之間[22]。三維隔震裝置同樣參考此壓應(yīng)力進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)承載狀態(tài)時(shí)傾斜支座壓應(yīng)力為5 MPa，極限承載狀態(tài)時(shí)傾斜支座剪應(yīng)變?yōu)?50%。此時(shí)三維隔震裝置不僅具有穩(wěn)定的豎向承載能力，同時(shí)可通過降低隔震層豎向剛度，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)豎向周期達(dá)到減小豎向地震動(dòng)的目的。以300型橡膠支座參數(shù)為例，探究裝置豎向承載能力隨傾斜角度的變化趨勢(shì)，并給出裝置在正常使用及極限承載狀態(tài)下不同傾角對(duì)應(yīng)的豎向位移，研究裝置的豎向隔震范圍。

如圖7和8所示，隨著傾斜角度的增大，豎向承載力減小，豎向位移增大，設(shè)計(jì)承載狀態(tài)與極限承載狀態(tài)變化趨勢(shì)相同，三維隔震裝置與疊加3個(gè)300型橡膠支座的承載力對(duì)比，裝置在地震作用下的承載能力與前者承載能力相當(dāng)。同時(shí)，三維隔震裝置的豎向極限位移可達(dá)50?90 mm。如圖9所示，裝置在不同承載狀態(tài)下（對(duì)應(yīng)傾斜支座剪應(yīng)變?yōu)?50%和350%），上部結(jié)構(gòu)豎向周期隨傾斜角度的增大而增大，三維隔震裝置的豎向隔震周期取值范圍為0.75?1.70 s。

在工程實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)隔震的需要選取合適的傾斜角度，以保證裝置具有足夠豎向承載能力的同時(shí)，還可兼顧隔震層的豎向位移，以達(dá)到三維隔震的目的。

3 三維隔震裝置擬靜力試驗(yàn)研究

3.1 試驗(yàn)概況與加載工況

對(duì)斜向旋轉(zhuǎn)型三維隔震裝置進(jìn)行模型靜力試驗(yàn)，驗(yàn)證其力學(xué)性能和滯回模型。試驗(yàn)裝置為一臺(tái)電液伺服壓剪試驗(yàn)機(jī)，如圖 10所示，豎向最大壓力為20000 kN，水平最大荷載為±3000 kN。

為研究三維隔震支座的豎向力學(xué)性能，探討摩擦因素對(duì)豎向剛度及滯回性能的影響，采用3只直徑300 mm的無(wú)鉛芯橡膠支座（NRB300）進(jìn)行組裝，試驗(yàn)?zāi)Ｐ桶ㄐD(zhuǎn)鋼板、上/下連接角塊以及豎向隔震支座組合，試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D11所示，支座力學(xué)參數(shù)如表1所示。

為研究三維隔震裝置在豎向荷載作用下的變形特性和力學(xué)性能，將下部?jī)A斜支座的傾斜角設(shè)置為15°，20°和25°，旋轉(zhuǎn)摩擦材料為聚四氟乙烯，同時(shí)設(shè)置硅脂潤(rùn)滑滑動(dòng)摩擦面改變摩擦系數(shù)的工況進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)分析。Case1?Case5支座傾斜角度為15°，無(wú)潤(rùn)滑和潤(rùn)滑工況;Case6?Case11支座傾斜角度為20°和25°，均為有潤(rùn)滑工況。試驗(yàn)采用豎向力控制加載，加載工況如表2所示。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

各工況下三維隔震支座滯回曲線如圖12所示。Case1?Case5為下部?jī)A斜支座傾斜15°豎向加載工況，Case1?Case3分別在三維支座豎向位移6?13 mm，9?24 mm，17?30 mm位置處循環(huán)加載?？梢?，試驗(yàn)得到的滯回曲線飽滿，支座耗能能力明顯。Case4?Case5在三維支座豎向位移11?22 mm，17?25 mm位置處循環(huán)加載。對(duì)比以上試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)摩擦系數(shù)較大時(shí)支座滯回曲線更為飽滿，即摩擦系數(shù)越大，支座耗能能力越顯著。

Case6?Case8為下部?jī)A斜支座傾斜20°豎向加載工況，分別在三維支座豎向位移9?16 mm，11?23 mm，23?33 mm位置處循環(huán)加載。由于該工況下摩擦系數(shù)較小，滯回環(huán)較窄，但不同豎向壓力下三種工況曲線基本吻合，剛度（曲線斜率）較一致，表明三維支座性能穩(wěn)定，在10 MPa的豎向面壓作用下，滯回曲線光滑飽滿，裝置豎向承載能力和滯回性能穩(wěn)定。

Case9?Case11為下部支座傾斜25°豎向加載工況，從靜力平衡位置（30 mm）加載，位移±4，±6，±12 mm循環(huán)加載，三維支座豎向滯回性能基本表現(xiàn)為雙線性特征，但由于摩擦力在一定程度上會(huì)影響支座豎向剛度，不同工況的聚四氟乙烯板摩擦面潤(rùn)滑程度略有變化，導(dǎo)致豎向剛度變化，三種工況試驗(yàn)滯回曲線形狀不完全重合，但曲線符合理論預(yù)期。

根據(jù)圖12，所有工況均可觀察到滯回圈，說明摩擦因素也能賦予無(wú)鉛支座豎向滯回性能，提供豎向阻尼耗能。由三維隔震裝置豎向剛度公式（18）和（20），工況Case1?Case3無(wú)硅脂潤(rùn)滑，旋轉(zhuǎn)鋼板與上部支座間摩擦系數(shù)為μ=0.05;工況Case4?Case11有硅脂潤(rùn)滑，摩擦系數(shù)為μ=0.01，根據(jù)靜力試驗(yàn)得到各工況三維隔震裝置豎向剛度及等效阻尼比試驗(yàn)值如表3所示。由表3可知，隨著斜向支座傾斜角度增大，裝置豎向剛度相應(yīng)減小，同一角度下豎向剛度隨加載力增大有略微增大，這是在大變形下支座發(fā)生硬化所致，但得到的豎向剛度和等效阻尼比基本一致，三維隔震裝置豎向力學(xué)性能較穩(wěn)定，考慮旋轉(zhuǎn)摩擦的影響，裝置的屈服后加載豎向剛度比屈服后卸載豎向剛度更大。

三維隔震裝置在不同傾斜角度下豎向加載情況如圖13所示，下部支座可穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)傾斜變形。選取傾斜角度為15°的三維隔震裝置試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)前文提出的三維隔震裝置豎向力學(xué)參數(shù)理論，得到三維裝置加載/卸載豎向剛度和等效阻尼比理論計(jì)算值與試驗(yàn)值基本一致，相對(duì)差值在10%以內(nèi)，如表4所示，驗(yàn)證了理論分析所提出的力學(xué)模型的正確性。對(duì)比Case1?Case5，施加潤(rùn)滑減小旋轉(zhuǎn)鋼板與上部支座摩擦?xí)档脱b置屈服后加載豎向剛度，但會(huì)增大裝置屈服后卸載豎向剛度。

4 數(shù)值模擬

為了考察旋轉(zhuǎn)型三維隔震裝置在低周反復(fù)荷載下的滯回特性，驗(yàn)證理論分析和靜力試驗(yàn)所得出的豎向滯回模型及裝置下部?jī)A斜組合支座水平平動(dòng)剛度計(jì)算公式的正確性，利用有限元軟件對(duì)三維隔震裝置進(jìn)行數(shù)值模擬。

鉛芯橡膠支座中主要包含橡膠、鋼板和鉛芯三種材料，但支座力學(xué)性能主要取決于橡膠和鉛芯兩種材料性能。在ABAQUS建模過程中鋼板和鉛芯采用C3D8單元模擬，而橡膠作為一種典型非線性材料，由于具有非壓縮性等超彈性特性，本文采用雜交單元（Hybrid）C3D8H來模擬。對(duì)LRB300/G6.3鉛芯橡膠隔震支座進(jìn)行有限元建模分析。選取豎向壓力σy=10 MPa，支座剪切應(yīng)變?chǔ)?100%工況下單個(gè)LRB性能參數(shù)模擬值與設(shè)計(jì)值偏差很小，結(jié)果可靠，支座模型參數(shù)可應(yīng)用于三維數(shù)值模擬模型。

采用ABAQUS有限元軟件建立三維裝置分析模型，如圖 14所示。對(duì)下部?jī)A斜支座組合進(jìn)行水平性能數(shù)值模擬，得到不同平動(dòng)方向下水平剛度值，并與式（4）得到的理論曲線進(jìn)行對(duì)比，如圖15所示。模擬所得水平剛度值與理論值基本相同，曲線趨勢(shì)一致，可驗(yàn)證所提出的下部?jī)A斜支座組合的水平剛度公式正確，三維隔震支座的水平性能由上部水平支座決定，從而實(shí)現(xiàn)三維裝置水平與豎向解耦。

根據(jù)構(gòu)造的豎向滯回模型（如圖6），繪出該三維隔震裝置的理論分析滯回曲線，由圖 16可知，試驗(yàn)工況、理論模型和數(shù)值模擬得到的支座的滯回曲線對(duì)比，三者吻合較好，滯回曲線平滑穩(wěn)定、滯回圈飽滿，驗(yàn)證了理論模型的正確性。

5 結(jié) 論

本文基于新型三維隔震支座的變形機(jī)理構(gòu)建了理論力學(xué)模型，對(duì)其進(jìn)行靜力試驗(yàn)研究，并進(jìn)行了數(shù)值模擬對(duì)比分析，主要結(jié)論如下：

（1）基于水平橡膠隔震支座的構(gòu)造和力學(xué)性能特點(diǎn)，通過將橡膠支座傾斜放置，同時(shí)設(shè)置傾斜連接件和旋轉(zhuǎn)鋼板使其在豎向力作用下發(fā)生傾斜旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在保證承載力的同時(shí)兼具豎向位移，實(shí)現(xiàn)豎向耗能隔震目標(biāo)。

（2）構(gòu)建了旋轉(zhuǎn)型三維隔震裝置的力學(xué)性能模型，由水平平動(dòng)推導(dǎo)出水平剛度理論公式，通過豎向變形及受力分析，提出了三維隔震裝置的豎向恢復(fù)力模型的理論計(jì)算公式。對(duì)裝置豎向承載能力與傳統(tǒng)橡膠支座進(jìn)行對(duì)比分析，該三維裝置在降低豎向剛度的同時(shí)還兼具穩(wěn)定的豎向承載能力，豎向隔震周期取值范圍為0.75?1.70 s。

（3）對(duì)旋轉(zhuǎn)型三維隔震支座進(jìn)行靜力試驗(yàn)研究，裝置豎向滯回性能明顯，15°傾角無(wú)潤(rùn)滑工況加載豎向剛度為43 kN/mm，具有穩(wěn)定的承載能力和剛度，從而驗(yàn)證了新型三維隔震支座設(shè)計(jì)的合理性。試驗(yàn)得到的加載/卸載豎向剛度與理論值相差在10%以內(nèi)，等效阻尼比為22%，理論模型計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合較好。

（4）建立傾斜旋轉(zhuǎn)型的三維隔震支座的三維實(shí)體模型，通過有限元軟件分析，進(jìn)行了與靜力試驗(yàn)相同工況的數(shù)值模擬計(jì)算，試驗(yàn)曲線、理論模型和數(shù)值模擬三者吻合較好，驗(yàn)證了理論分析的正確性。

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作者簡(jiǎn)介： 楊巧榮（1965?），女，副教授。電話：（021）66133517;E-mail：yangqr@aliyun.com