橡膠隔震支座的案例
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
Keywords: large-span spatial structure; rubber bearing; initial rotation; horizontal stiffness; experimental study
近些年來，隨著隔震技術的發展，隔震建筑不斷涌現，且在歷次大地震的考驗中展現出了優秀的抗震性能。隔震技術被認為是最有效的抗震手段之一[1]。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。
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 【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 【02】建筑結構隔震層隔震支座布置原則
簡析
布置原則
同一隔震層可采用不同型號的支座，應根據支座在罕遇地震下的性能發揮合理選擇型號，當采用不同型號支座時，隔震支座底面宜布置在相同標高位置上，便于施工；
當需采用錯層隔震時，相鄰隔震層的層間位移角不應大于1/1000；
當上部結構存在剪力墻時，需采用隔震層轉換層時，應當根據剪力墻位置合理設置隔震支座型號和數量；
隔震層支墩尺寸構造上應匹配隔震支座尺寸，一般疊層橡膠支座連接板尺寸較支座有效尺寸大于100mm，支墩大小較連接板尺寸大于100mm，可提離支座、大型號橡膠支座需根據產品深化設計；
隔震層支墩間宜居中布置拉梁，當采用柱頂隔震且隔震層層高較低，為不影響建筑功能，可優化獨立柱設計以滿足剛度等要求時可不設置拉梁；
當布置鉛芯隔震橡膠支座以滿足抗風要求而導致隔震能力下降較為明顯時，可在隔震層周邊對稱、分散布置抗風裝置，一般情況下，抗風裝置應保證在小震和風荷載作用下正常使用，在遭遇設防地震時脆性斷裂，不影響隔震層水平運動；
橡膠隔震支座在罕遇地震作用下拉應力一般不大于1.0MPa，須注意上海標準Ⅲ、IⅣ類土時不宜超過0.5MPa。
拓展·獨立柱設計
獨立柱按懸臂柱進行受力分析；
獨立柱的邊、角柱在罕遇地震作用下容易產生嚴重破壞，對獨立柱的角柱、邊柱內力取值考慮隔震支座受耦合地震效應的影響，乘以放大系數 1.20；
柱子截面尺寸，應滿足受力要求；
柱子截面尺寸需滿足擱置隔震支座的構造要求；
柱長細比宜接近 5；
柱子軸壓比宜小，使其具有較好的延性；
獨立柱抗震等級不小于二級。
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【JY】橡膠支座的簡述和其力學性能計算
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簡介
合理地應用隔震技術可保證建筑在中、大震后的正常使用性能，對高烈度區的建筑具有較強的適用性。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。
【JY】結構概念設計之（隔震概念設計）
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）。1995~1997年，作了橡膠支座隔震框架的振動臺試驗和大量的常用的橡膠隔震支座的性能試驗研究。1997年，
周福霖院士編著出版了《工程結構減震控制》一書
。
展開 【JY】橡膠系支座/摩擦系支座全面解析
隔震結構的設計目的在于將基礎與上部結構“隔斷”，通過在基礎與上部結構間設置隔震支座，利用隔震支座自身特性減小地震對上部結構的作用，并且隔震支座可有效調節結構自振周期，避開地震地面運動的主頻帶范圍，減小共振效應，避免上部結構發生破壞。
【JY】結構概念設計之(隔震概念設計)
通常我們所提及到的隔震支座類型有：
●橡膠系支座
天然橡膠支座(LNR)、
鉛芯橡膠支座(LRB)、
高阻尼橡膠支座(HDR)
● 摩擦系支座
彈性滑板支座(ESB)、
摩擦擺隔震支座(FPS)
●其他
板式支座、盆式支座和彈簧隔震支座(SI)以及其他新型支座（如氣壓及液壓隔震支座）。
展開 如何在ANSYS中模擬非線性三維隔震支座 ￥299
最近有很多同學聯系我，問到如何數值模擬三維隔震支座。假期加個班，做個算例分析。
1. 包含的內容
（1）算例模型命令流
（2）三維隔震支座命令流
（3）計算過程excel文件
（4）建筑隔震橡膠支座規范
（5）常用隔震支座的設計參數
2. 進階內容（需另付費，有需要可聯系）
（1）隔震支座在ANSYS中的批量建模方法，預計時間2024年02月
（2）如何在ABAQUS中模擬非線性單位隔震支座（連接器單元），預計時間2024年03月
3. 解決的問題
（1）如何在ANSYS中模擬橡膠隔震支座？
（2）如何確定隔震模型的力學參數與隔震支座設計參數的定量對應關系？
（3）如何模擬隔震支座的非線性特性？
（4）如何驗證隔震支座模擬的正確性？
4. 隔震模型的力學參數與隔震支座設計參數的定量對應關系
我們知道，實際應用中，我們可以采用廠家提供的標準型號的隔震支座，也可以訂制特殊類型的隔震支座，不管采用那種形式，在仿真模擬時，我們都要將設計參數與隔震模型的力學參數對應起來，從而進行力學分析。
ANSYS中并沒有特定的隔震單元，但提供了一系列的彈簧-阻尼器單元，可以通過組合單元模擬隔震支座的力學特性。采用COMBIN14單元模擬隔震支座的豎向剛度，COMBIN14又稱彈簧-阻尼器單元，具有1D、2D和3D的軸向或扭轉能力。軸向彈簧-阻尼器為單軸拉壓行為，每個單元有2個節點，每個節點有3個自由度，即沿著X、Y和Z方向的三個平動或轉動位移。水平方向上，采用COMBIN40單元模擬隔震支座的水平剛度和阻尼，COMBIN40單元將彈簧、滑塊和阻尼器并聯，再用串聯的方式與間隙耦合形成組合體，適用于多種情況的分析。該單元可以引入雙線性強化模型，并考慮粘滯阻尼的影響。詳細參考《ANSYS結構分析單元與應用》。
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【JY】Abaqus6.14-4如何關聯fortran？
“新世界七大奇跡”榜首的北京大興國際機場背后的黑科技有哪些？
為了機場安全，北京大興國際機場采用了層間隔震技術，這項技術目前是國內首創。層間隔震技術就是在航站樓首層板下，設置了隔震支座，將航站樓首層和地下一層完全隔開，既隔震又不影響地下層的使用。
所謂隔震，簡單地說就是在上部結構和地面之間，設置一層柔軟的隔震層，減少地面運動向上部結構傳遞，使上部結構的地震反應大幅降低，從而實現“隔離”地震。通常隔震結構的地震反應僅有非隔震結構的1/4至1/8，因而可以極大提高建筑的抗震性能。
一般隔震層由若干個隔震支座組成，而隔震支座則是由橡膠和鋼板相互疊加粘結而成，這樣既保證了隔震支座的剛度，又使其具有良好的柔韌性。
北京大興國際機場設計成輻射狀，跨度大，結構非常復雜，作為重要的生命線工程，它的抗震設防要求是在遭遇地震影響時，不但要確保航站樓結構完好，還要保證儀器設備正常運轉和人員安全，并在災后發揮應急救援作用，如果采用傳統抗震設計恐怕難以實現設防目標。
采用隔震技術能使得它的結構安全性大大提高，同時也有效解決了其與地鐵、城鐵等軌道交通對接時的振動問題。
在北京大興國際機場項目中，航站樓核心區地下一層柱頂處設置成了隔震層，隔震裝置采用了鉛芯橡膠隔震支座、普通橡膠隔震支座、滑移隔震橡膠支座和粘滯阻尼器等，整個航站樓總共使用了1320套隔震裝置，其中直徑為1200毫米、1300毫米、1500毫米橡膠隔震支座的數量分別為785個、66個和217個；直徑為600毫米、1500毫米不銹鋼滑板支座的數量分別為38個和70個；粘滯阻尼器總共144條。
從使用的隔震彈性滑板支座來看，無論是體量還是單個支座的噸位都創下國內之最，刷新了此前昆明北京新機場保持的紀錄。建成后的北京新機場航站樓，將成為全球最大的單體隔震建筑，抗震設防烈度達8度。
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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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展開 【劃重點與簡析】建筑隔震設計標準（GB/T 51408-2021）
6.3.18 剪力墻隔震結構應當注意在設置隔震層時，抗震墻和開洞抗震墻下應設置轉換梁，需注意相關構造要求。
6.3.20-2 上部結構底層不應采用偏心支撐，宜采用屈曲約束支撐（BRB）或中心支撐 。隔震結構抗震計算時，鋼框架一支撐結構的框架部分按剛度分配計算得到的地震層剪力應乘以調整系數，達到不小于上部結構底部總地震剪力的25%和框架部分計算最大層剪力1.8倍二者的較小值。（6.3.22）
7.1.2 大跨屋蓋建筑中的隔震支座宜采用隔震橡膠支座、摩擦擺隔震支座或彈性滑板支座。采用其他隔震支座時，應進行專門研究 。
7.1.3 大跨屋蓋結構應考慮結構溫度變形引起的隔震支座和隔震層各裝置的變形。地震效應應進行三向地震輸入的時程分析（7.1.4）。地震作用的荷載效應組合應計入環境溫度的影響，溫度作用的荷載組合分項系數可取 0.4。（7.3.3）
9 核電廠建筑相關要求較普通結構要求更高，主要在支座性能檢測、支座驗算限值、地震作用效用（三向）、隔震縫寬度取值、上部結構層間位移角、地震監測與預警等方面。
10 加固結構上部結構抗震措施，根據底部剪力比及相應地震烈度確定。詳見加固規范。
展開 采用ABAQUS連接單元等效建筑隔震支座，實現二維、三維隔震分析。
采用ABAQUS連接單元等效建筑基礎隔震支座，實現結構二維、三維隔震分析。水平自由度可實現雙線性恢復力模型等，豎向自由度可實現彈簧恢復力模型、具有耗能能力的摩擦彈簧恢復力模型等。
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。
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