提出一種內(nèi)置擠壓鉛消能件豎向隔震墩(VIPL),闡明其構(gòu)造、特點(diǎn)及核心部件的設(shè)計(jì)理論;采用數(shù)值仿真分析方法分析VIPL的減震性能及其相關(guān)參數(shù)的影響,結(jié)果表明,VIPL的構(gòu)造和原理可行,其通過(guò)彈性層適當(dāng)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的豎向自振周期,減小共振效應(yīng),通過(guò)內(nèi)置擠壓鉛消能件提供豎向阻尼,具有明確的減震機(jī)理;VIPL的豎向剛度較普通鋼筋混凝土支墩降低,其擠壓鉛消能件在極小的豎向位移下就能發(fā)揮耗能作用,具有良好的滯回耗能性能;適當(dāng)增大擠壓桿突軸尺寸和增加內(nèi)置擠壓鉛體的數(shù)量,可有效增大消能件的阻尼力,顯著提高VIPL的耗能能力。
【部分圖文】：

有擠壓桿-鉛體組件，利用鋼筋混凝土約束擠壓桿僅能豎向運(yùn)動(dòng)，并為鉛體變形提供側(cè)限，構(gòu)成擠壓鉛消能系統(tǒng)，增大豎向阻尼。與采用黏滯阻尼器或黏彈性材料等現(xiàn)有常見(jiàn)的方案相比，VIPL擠壓鉛消能系統(tǒng)的建造成本明顯降低，而且避免了油阻尼器服役過(guò)程中漏油、黏彈性材料老化等問(wèn)題所導(dǎo)致的維修或置換費(fèi)用。(4)構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于施工。VIPL無(wú)需金屬線纜空氣彈簧支座、液壓氣缸支座等氣壓承載式或液壓承載式支座所涉及的復(fù)雜而苛刻的防滲漏構(gòu)造。建造VIPL只需部件定位、錨件預(yù)埋和混凝土澆筑等常規(guī)工藝，在施工上沒(méi)有難度。圖1VIPL構(gòu)造示意圖Fig．1ConstructionschematicdiagramofVIPL2VIPL核心部件的設(shè)計(jì)理論彈性層和擠壓鉛消能件是VIPL的兩個(gè)核心部件。根據(jù)工程實(shí)際，合理設(shè)計(jì)這兩個(gè)部件的參數(shù)，是保證VIPL滿(mǎn)足豎向承載要求、實(shí)現(xiàn)預(yù)期減震目標(biāo)之關(guān)鍵。其中，彈性層作為VIPL的隔震部件，在實(shí)際應(yīng)用中一般采用疊層厚橡膠或聚氨酯彈性體，其豎向極限承載力不應(yīng)低于支墩的軸力設(shè)計(jì)值，根據(jù)文獻(xiàn)［7］，疊層厚橡膠的極限面壓應(yīng)力σvmax可按下式(1)設(shè)計(jì)。同時(shí)，彈性層的豎向剛度應(yīng)較上部結(jié)構(gòu)降低，以延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的豎向振動(dòng)周期，減小共振效應(yīng)。根據(jù)文獻(xiàn)［8］的分析結(jié)果，豎向隔震裝置一般可控制在上部結(jié)構(gòu)豎向剛度1/10～1/50。當(dāng)彈性層為疊層厚橡膠時(shí)，其豎向壓縮剛度Kv按下式(2)進(jìn)行設(shè)計(jì)［7］。σvmax=σy0．3tst()r3－0．69tst()r2+0．83tst[()]r3S1槡15(1)

為橡膠的修正壓縮彈性模量;A為橡膠層平面面積;TR為橡膠層總厚度;Eb為橡膠的體積彈性模量;Ec為橡膠承壓時(shí)的表觀彈性模量，對(duì)于圓形截面橡膠層，可取Ec=E0(1+2kS21)|3GY1+2kS21Y，其中，E0為橡膠材料的彈性模量;G為橡膠的剪切模量;k為與橡膠硬度相關(guān)的彈性模量修正系數(shù)。擠壓桿-鉛體作為VIPL的消能組件，其設(shè)計(jì)主要是指該組件擠壓屈服力的設(shè)計(jì)。根據(jù)擠壓固體力學(xué)理論，鉛體在受擠壓過(guò)程中不同部分的應(yīng)力和變形是不同的，可分為四個(gè)區(qū):①鐓粗區(qū);②擠壓變形區(qū);③流動(dòng)區(qū);④未變形區(qū)，如圖2所示。鉛體的塑性變形主要發(fā)生在前兩區(qū)，即鐓粗區(qū)和擠壓變形區(qū)。根據(jù)Betzalel的研究成果，擠壓桿凸部沿?cái)D壓方向的單位擠壓力p可按下式(3)計(jì)算［9］。同時(shí)，Muthumani和Gopalkrishnan的研究表明，單位擠壓力p與速度v有關(guān)，對(duì)于地震類(lèi)速度，擠壓力可近似取靜載擠壓力的1．5倍［10］。擠壓鉛消能件的擠壓屈服力可根據(jù)式(3)和式(4)，通過(guò)調(diào)整擠壓桿凸部和鉛體的尺寸或數(shù)量進(jìn)行設(shè)計(jì)。p=σ0(1+μcotα)lnA1A2+μσ0()Ld(3)Fy=A2p(4)式(3):σ0為鉛的擠壓屈服應(yīng)力;μ為凸軸與鉛的摩擦系數(shù);α為擠壓桿凸出部分的傾斜線與凸軸軸線的夾角;A1為非凸軸處鉛體的橫截面面積;A2為凸軸部鉛體的最小橫截面面積;d1為凸軸直徑;L為擠壓長(zhǎng)度，如圖2所示。圖2擠壓鉛消能件受力分析簡(jiǎn)圖Fig．2Mechanicalanalysisdiagramofleadextrusiondampingcomponent3VIPL的數(shù)值模擬及減震性能分析為考察VIPL構(gòu)造方案的可行性和有效性，本節(jié)分別設(shè)計(jì)VIPL隔震墩模型和普通鋼筋混凝土墩模型，采用ANSYS軟件分別對(duì)其進(jìn)行有限元建模，并進(jìn)行豎向荷載作用下的非線性分析，基于分析結(jié)果，

、13mm和18mm。第Ⅲ組為擠壓桿凸出部對(duì)比組，3榀模型，分別編號(hào)為VIPL-6～VIPL-8，該組模型的區(qū)別在于擠壓桿的突軸直徑RT不同，分別為48mm、58mm和68mm。第Ⅳ組為鉛體尺寸對(duì)比組，該組模型分成①、②兩個(gè)小組:第①小組，3個(gè)模型，分別編號(hào)為VIPL-9～VIPL-11，其區(qū)別在于鉛體高度hL不同，分別為60mm、120mm和180mm;第②小組，3個(gè)模型，分別編號(hào)為VIPL-12～VIPL-14，其區(qū)別在于鉛體直徑RL不同，分別為80mm、110mm和140mm。第Ⅱ～Ⅳ組模型的部件參數(shù)，在上文未述及的，與VIPL-2相同。(a)VIPL-1(b)VIPL-2圖3VIPL-1與VIPL-2模型尺寸示意圖Fig．3SchematicdiagramofVIPL-1andVIPL-2’ssize
【參考文獻(xiàn)】

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【共引文獻(xiàn)】

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【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

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【相似文獻(xiàn)】

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