橡膠支座的案例
ABAQUS橡膠支座仿真：有初始轉角的橡膠隔震支座水平力學性能研究
其中，采用橡膠隔震支座進行隔震是一種比較常用且成熟的方法。在一些使用橡膠隔震支座的大跨空間結構中，其支座常常存在轉動問題[2-3]，這必然會對支座的力學性能產生影響，進而影響其隔震效果。因此，本文對有初始轉角的橡膠隔震支座的水平力學性能進行研究，為橡膠隔震支座在大跨空間結構中的應用和設計提供參考。
水平力學性能是橡膠隔震支座最重要的力學性能指標之一。HARINGX[4]首次將支座假定為一個均勻和各向同性的柱體，提出了在水平力與豎向壓力共同作用下疊層橡膠支座的水平剛度理論計算公式。在中等剪應變下，HARINGX的理論計算結果與試驗結果吻合較好[5]。KOH等[6]提出了在大豎向壓力和大剪應變下的橡膠支座力學模型。針對HARINGX理論的不足，CHANG[7]提出采用剛度矩陣法，DING等[8]提出了轉換矩陣法，通過研究一個具有上下鋼板約束的單層橡膠墊來分析疊層橡膠隔震支座的力學性能。HE等[9]根據HARINGX理論研究了橡膠支座的回轉剛度，并提出支座端部的轉角會對支座的水平剛度產生較大影響。RAVARI等[10]根據HARINGX理論，對有初始轉角的疊層橡膠支座進行了分析，并提出了簡化計算模型。
目前，相關學者針對有初始轉角的疊層橡膠支座的研究多為理論研究，且大部分均基于HARINGX理論，不能反映橡膠材料本身的變化對支座水平剛度的影響，相關的試驗研究也還很少。因此，本文對無轉角的橡膠隔震支座和有初始轉角的橡膠隔震支座的剪切性能進行了試驗研究，并利用大型通用有限元軟件ABAQUS對其進行參數分析，深入研究初始轉角對支座水平性能的影響。
展開 【JY】橡膠系支座/摩擦系支座全面解析
但是橡膠支座水平剛度雖然穩定，但是決定隔震動力性能的需要包含結構質量，才可得到整體隔震結構的周期。
這點會影響到什么呢？
例如結構周期需求為4s，由于結構太輕而勉強選擇LRB200達到周期需求，這一定是不滿足位移要求的，該支座在罕遇地震的最大變形限制250%只有100mm，遠不足性能要求。
當結構非常輕，而隔震周期又需要比較長，此時選擇橡膠支座是無法滿足設計要求的。應更改其他支座，例如彈簧支座、摩擦擺支座。
摩擦擺支座的擺動周期(類似鉛芯橡膠支座屈服后周期)，雖然與質量無關，僅僅與擺動半徑有關，但是
摩擦擺的摩阻力(類似鉛芯橡膠支座的屈服力)和豎向軸力、變形速度相關，這就導致了摩擦擺支座是高度非線性支座，動力穩定性能比較復雜。
兩類支座，實際工作下橡膠隔震支座更容易進行動力描述，而且與實際情況更容易吻合。如下分析，鉛芯橡膠支座(藍色)和摩擦擺支座(紅色)進行0.6g輸入，考慮豎向耦合時，鉛芯橡膠支座更為穩定。
展開 ABAQUS橡膠支座：考慮橡膠支座可變摩擦力的大跨度連續梁橋增量動力分析
(a)中支座
(b)邊支座
(c)中支座
(d)邊支座
圖8 盆式橡膠支座峰值軸力
圖9-11對比支座摩擦恢復力、變形及耗能，發現雙線性支座模型的最大水平恢復力是一個常數，而采用可變摩擦型支座模型的最大水平恢復力隨IR的增大而增大。結果表明，采用可變摩擦支座模型能夠正確反映支座摩擦力變化的特性，且在支座設計時需要考慮水平力的放大。采用雙線性支座模型會低估支座的變形需求，可能導致支座變形能力設計不足。可變摩擦型支座耗能與支座的摩擦力變化有關，當摩擦型支座增大摩擦力的耗能貢獻大于減小摩擦力的耗能損失，可變摩擦型支座耗能高于雙線性支座耗能。
(a)中支座
(b) 邊支座
圖9 盆式橡膠支座的最大水平摩擦恢復力
(a)中支座
(b)邊支座
圖10 盆式橡膠支座的最大水平變形
(a)中支座
(b)邊支座
圖11 盆式橡膠支座的耗能
由圖12橋墩曲率對比: 發現采用可變摩擦型支座模型的最大曲率約為雙線性模型的3-6倍。結果表明，可變摩擦型支座模型向下傳遞了更多的剪切摩擦力，導致橋墩承擔的彎矩增大，彎曲效應明顯。因此，可變摩擦型支座模型模擬的橋墩曲率大于雙線性支座模擬結果。
展開 【JY】橡膠支座的簡述和其力學性能計算
隔震技術常用的是橡膠隔震支座，橡膠墊隔震裝置由鋼板和橡膠交替疊合而成。橡膠隔震墊技術發展已比較成熟，隔震裝置豎向承載力大，具有穩定的彈性復位功能，且隔震周期長、阻尼比大。并且橡膠隔震技術是目前國際上研究最成熟、應用最廣泛的一種抗震技術。
疊層橡膠支座是由夾層薄鋼板（內部鋼板）和薄橡膠片相互交錯疊置制作而成。厚橡膠片受壓時的壓縮變形較大，橡膠會向水平方向膨脹，因此會降低承載能力。每層橡膠片越薄，水平方向的膨脹越小，因此壓縮變形也越小。疊層橡膠支座在剪切變形時，鋼板不約束剪切變形，因此水平剛度取決于橡膠本身的硬度。
關于疊層橡膠支座，有兩個重要系數。一個為
1次形狀系數（first shape factor），另一個為
2次形狀系數（second shape factor）。
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【JY】JYLRB插件：一鍵生成ABAQUS橡膠支座模型 ￥480
相關的理論視頻課程：【JY】橡膠支座精細化模擬分析案例與教學
【注意】：該插件可自動生產有限元模型，包括 模型、相互作用、網格劃分、橡膠本構(多種可選)、荷載 等，可直接修改荷載條件進行分析。
【常見問題】水平滯回曲線可非常好好擬合試驗支座曲線，豎向剛度(由于支座產品不同)需根據試驗確定體積模量進行調整分析。
【版本修訂】目前可適用于6.14~最新版本，歡迎下載使用！
【導讀】
為了方便大家在分析橡膠支座時的建模，筆者基于<a href="/major/abaqus">ABAQUS平臺開發了一種一鍵生成橡膠支座插件 (JYLRB)，該插件僅需在操作界面設置支座直徑、鉛芯直徑、封板厚度、橡膠厚度、鋼板厚度、橡膠層數、鋼材屈服應力、面壓、所選擇的橡膠本構模型以及剪切模量即可生成橡膠支座模型。內容包括部件的建立及裝配、各部件本構模型的設置、分析步的設置、相互作用的設置、邊界條件及荷載的施加、網格劃分、作業生成。該插件省去了繁瑣的建模步驟，以及本構模型的計算，使用者僅需根據自身需要在模型上微調，可用于隔震支座及結構的精細化分析。
【程序可解決的問題】
在使用ABAQUS平臺對橡膠支座進行分析，動自己的小手進行建模時，由于橡膠與鋼板的接觸面眾多，在設置相互作用時過程繁瑣且很容易出錯，消耗去大家大量的時間。本著能偷懶就偷懶的原則，筆者開發了這款插件。并且在進行分析時，難點在于橡膠支座超彈性材料本構的設置，橡膠材料的力學性能和金屬材料的力學性能有很大區別，如彈性，大變形，不可壓縮等。超彈性材料都有顯著的特征：
（1）能承受大彈性（可恢復）變形，應變可達100-450%；
（2）由于材料分子鏈的拉直引起變形, 所以在外加應力作用下, 體積變化很小。
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本插件嚴格按照橡膠支座理論計算公式進行編制，詳情可先看以下推文：
【JY】橡膠支座的簡述和其力學性能計算
【JY】橡膠支座精細化模擬與有限元分析注意要點
插件對于橡膠支座理論剛度/阻尼計算較為便捷：
結果驗證如下：
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ABAQUS板式橡膠支座高架橋抗震計算研究
針對這一問題，對板式橡膠支座高架橋抗震計算方法進行研究。根據高架橋材料特性和幾何形狀，建立有限元模型，采用一致地震輸入方式，輸入最大值地震動給模型質點，計算質點自振周期內的反應值，獲取反應時程數據、時程分析反應譜曲線，計算順橋向和橫橋向的地震響應，包括墩頂位移、加速度、墩底剪力和墩底彎矩，檢驗響應值是否滿足抗震要求。選取京滬高速橋梁工程進行對比實驗，采用三組計算方法分別在E1地震波作用下，計算墩頂加速度和位移的地震響應，結果表明:該板式橡膠支座高架橋抗震計算方法相比常規方法，降低了最大響應、響應波動、響應變化率的計算偏差，地震響應計算值更貼合實測值，充分保證了抗震檢驗的準確性。
關鍵詞：高架橋;板式橡膠支座;抗震計算;地震響應;有限元模型;時程數據;反應譜;
板式橡膠支座高架橋在梁橋中應用廣泛，計算其抗震性能，保證地震中的橋梁安全，具有重要意義。文獻[1]隨機變化地震強度和時間，參照地質構造、地震動參數等因素，對地震動進行輸入，結合橋梁質量和剛度的分布形式，數值模擬橋梁地震反應，但該方法橋梁自振的定義周期，與地震動周期不相符，導致地震響應計算值偏差較大[1]。文獻[2]根據橋梁的地震響應復雜程度，將橋梁劃分為規則和不規則，規則橋梁采用一階振型控制，非規則橋梁則采用時程分析法，計算橋梁地震反應，反映出響應數值的時程變化規律，但該方法未對橋梁的彈性階段和塑性階段進行區分，地震響應計算偏差同樣較大[2]。針對這一問題，結合以上理論，提出板式橡膠支座高架橋抗震計算方法，避免地震作用下，支座高架橋梁結構發生損壞。
1 板式橡膠支座高架橋抗震計算方法設計
1.1 建立高架橋有限元模型
根據板式橡膠支座高架橋的材料特性和幾何形狀，建立有限元模型。
展開 mathcad14編程實例補充之6—“橋梁板式橡膠支座選用計算”
這是mathcad14編程實例補充之6—“橋梁板式橡膠支座選用計算”
為的是補充《編程淺說》中的“編程實例”部分，使其包含的領域更廣泛
一些。
這是編程實例部分的第16節，“橋梁板式橡膠支座選用計算”。
橋梁板式橡膠支座選用計算1.jpg
橋梁板式橡膠支座選用計算2.jpg
橋梁板式橡膠支座選用計算3.jpg
橋梁板式橡膠支座選用計算4.jpg
板式橡膠支座選用計算.rar
Abaqus插件——橡膠隔震支座 ￥1
*************************注意事項******************************
1、插件使用過程中，如有任何問題請發郵件至shenz1hao@126.com
2、插件僅做學習交流使用，尊重原創者，切勿以營利目的傳播
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*************************插件功能******************************
1、實現橡膠支座和鉛芯橡膠支座快速建模（橡膠支座建立輸入鉛芯直徑為0即可）
2、實現橡膠支座和鉛芯橡膠支座內部約束一鍵建立
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********************插件安裝及使用*******************************
1、電腦路徑下輸入 %homepath%\abaqus_plugins并回車
2、將LRB_builder_Circle文件夾解壓至當前目錄下
3、打開abaqus，菜單欄中點擊plug-ins，里面找出LRB_bulider_Circle并點擊
4、輸入支座對應參數
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本插件嚴格按照橡膠支座理論計算公式進行編制，詳情可先看以下推文：
【JY】橡膠支座的簡述和其力學性能計算
【JY】橡膠支座精細化模擬與有限元分析注意要點
插件對于橡膠支座理論剛度/阻尼計算較為便捷：（一次付費，持續更新！已更新20220429）
增加多項計算表格，敬請使用
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【JY】橡膠支座精細化模擬與有限元分析注意要點
【天然橡膠材料的基本力學性能】
從精細化細觀中分析，橡膠的超彈性本構在曲線在小應變（<50%）時具有較高的彈性模量，在中等應變（50~200%）彈性模量降低，在大應變時（>200%）彈性模量又升高，即開始出現硬化現象，而通常宏觀本構的使用，通常將中小應變下體現出來的宏觀剛度取一致，大變形至>250%，開始考慮橡膠支座硬化。
在橡膠的變形特點中，橡膠變形后體積基本保持不變，即接近不可壓縮，其泊松比非常接近0.5，一般在0.4985到0.4999。通常采用體積模量K (或修正體積模量Eb)來描述橡膠的體積變形特點，體積模量是指壓強變化與對應體應變的比值，（詳細可見【JY】橡膠支座的簡述和其力學性能計算）
其中體應變為單位初始體積的變形。隔震支座橡膠的體積模量K(非修正)一般取1000~2500Mpa，建議取1000Mpa。(具體參數可參照后文表格)
特別注意，精細化模型采用的體積模量K(可取1000Mpa)與宏觀單元采用的體積模量Eb=1960Mpa不同，原因是橡膠支座精細化模擬僅考慮橡膠本體的體積模量K，是由試驗測定的，而宏觀單元中的體積模量Eb并非根據試驗測定的，而是考慮其與疊層橡膠支座壓縮剛度的一致性而確定的。
展開 
abaqus模擬橡膠支座：鉛芯橡膠隔震支座精細化模擬分享
橡膠隔震支座具有提供豎向承載能力、彈性復位能力、良好的變形能力等特性進而在隔震建筑中廣泛使用。鉛芯橡膠隔震支座是在天然橡膠隔震支座中心或非中心部增加鉛芯一個或多個制作而成的具有良好耗能能力的隔震支座。剖面圖如圖所示。
為了更真實準確地反應荷載作用下支座內部的壓力分布，本文基于ABAQUS平臺對鉛芯橡膠隔震支座進行精細化分析。
（1）模型幾何信息如下表所示：
（2）材料本構橡膠采用超彈性模(Arruda-Boyce模型)，鋼材采用雙折線線模型，鉛芯采用理想彈塑性模型。封板、鋼板和連接板的彈性模量E=200GPa，泊松比取0.3。鉛芯彈性模量E=18GPa，泊松比取0.42。下圖為橡膠的本構選取示意圖。
（3）分析步設置：均采用靜力通用，其中Step1為面壓荷載，Step2為水平荷載加載。
（4）邊界條件及荷載：
支座下連接板固結、橡膠與鋼板和上下封板均采用Tie連接方式，
上連接板施加支座面壓和位移
。
（5）單元類型
由于橡膠為粘彈性材料，支座內部橡膠與鋼板建議開啟混合變形選項；選擇縮減積分可加快計算速度。
（6）本構正確性驗證：選取支座上表面中心點繪制荷載-位移圖如下圖所示。
如圖所示，滯回曲線呈明顯“旗幟”形。
（7）應力云圖和模擬動畫。
由于作者水平和時間有限，建模分析過程可能存在疏忽或有誤的地方還請批評指正！
文章來源：廣東省院結構安全顧問
展開 【JY】結構概念設計之（隔震概念設計）
此外，《隔標》還提出了對隔震結構的地震作用計算及
對隔震結構驗算的相關細節、隔震支座及隔震構造細節；對多層與高層結構、大跨結構、砌體結構、底框抗震墻結構、核電廠結構的隔震設計要點做了詳細要求等
。
二、橡膠隔震支座的源起
1969年南斯拉夫震災后重建，柏斯坦勞奇（Skopje）小學工程中首先使用了純橡膠隔震支座，這是現代最早的隔震建筑。
1975年，新西蘭學者Robinson通過在天然橡膠隔震支座中設置鉛芯的做法，研制出鉛芯橡膠隔震支座
，解決了天然橡膠隔震支座阻尼小、耗能能力差以及初始剛度過小的的問題，極大地推動了隔震技術的實用化進程。鉛芯橡膠隔震支座問世幾年后。于80年代初，在新西蘭建成的William Clayton辦公樓是世界上首個采用鉛芯橡膠隔震支座的隔震建筑，因而此建筑在隔震技術的發展史上具有里程碑意義。
新西蘭建成的William Clayton辦公樓
在國內，上個世紀80年代末到90年代初期，我國許多學者開始重視起隔震思路的必要性。在橡膠隔震元件研發上最具有代表性的兩位專家分別是：華中科技大學的唐家祥教授和廣州大學的周福霖院士。
唐家祥教授對橡膠支座隔震元件和體系進行了系統的理論、試驗和應用研究，并率先自主開發了橡膠支座產品。
1993年，編著出版了國內第一部建筑隔震專著《建筑結構基礎隔震》
。1995年，首次對橡膠支座的耐久性機理進行了試驗對比研究，提出了科學解釋。并對豎向隔震進行了系統研究，提出了一些有價值的成果。
同期，周福霖院士等對橡膠支座隔震技術在國內的應用進行了探索，特別是在工程應用和標準編制方面，對于推動我國隔震技術應用起了較大的積極作用，并指導建成國內第一家專業的橡膠隔震支座生產廠家（汕頭和泰隔震器材有限公司）。
展開 【01】各省份疊層橡膠隔震支座檢驗規則
<p class="ql-align-center"><strong>【各省份】疊層橡膠隔震支座檢驗規則</strong></p><p>------------------------------------------------------------------------</p><p>疊層橡膠隔震支座檢驗主要分為型式檢驗、出廠檢驗和見證檢驗（第三方檢驗），以下分析均以該分類為標準進行總結。注意在隔標GB/T 51408-2021、GB/T 20688.3-2006中將其分為型式檢驗和出廠檢驗，此處出廠檢驗即為其他規范的 見證檢驗。</p><p><strong>對各省份疊層橡膠隔震支座檢驗規則總結如下：</strong></p><p><strong>1. 型式檢驗有效期多少年？</strong></p><p><strong> GB/T 51408-2021指出檢驗報告有效期不得超過6年，JG/T 118-2018及部分規范指出“正常生產時，每4年應檢驗一次”。</strong></p><p><strong> </strong></p><p><strong>2. 見證檢驗是否需要根據建筑設防類別抽檢不同總數的產品？</strong></p><p><strong> GB/T51408-2</strong> <strong> 021、 GB/T 20688.3-2006、山西標準、深圳標準、西藏標準、新疆標準需要按照設防類別確定抽檢數量：特殊設防類（特別重要的建筑）、重點設防類（重要建筑），每種規格產品抽樣數量應為100%；標準設防類（一般建筑）產品抽樣數量不應少于總數的50%，有不合格的試件時，應100%檢測。</strong></p><p><br></p><p><strong>3. 見證檢驗每種規格型號需要抽取多少數量的產品？
展開 橋墩與橋面接觸面積為什么這么小？
支座接觸小墊片樣的東西是橡膠支座，接觸面積小，但抗壓強度是可能滿足承載要求的， 橋梁橡膠支座是由多層橡膠片與薄鋼板硫化、粘合而成,它有足夠的豎向剛度和強度，能將上部構造的反力可靠的傳遞給墩臺；有良好的彈性，以適應梁端的轉動，又有教大的剪切變形能力，以適應上部橋梁在汽車動荷 載作用下的產生的水平位移.，而減少因位移產生的內力。
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