广州大学土木工程学院 广东广州 510006
摘要：多铅芯橡胶隔震支座是一种设置多跟铅芯实现稳定性能高得减隔震支座。为了探究多铅芯橡胶隔震支 座得减震性能及恢复力特性，本文对其进行有限元模拟，得出支座滞回曲线，反映出较好的耗能能力，在模拟数据 上利用Original拟合出支座的恢复力模型。
关键词：多铅芯橡胶隔震支座；有限元模拟；恢复力模型
1 模型参数
多铅芯橡胶隔震支座由橡胶垫、钢板及铅芯组成，具体参数见下表：
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表1-2 橡胶参数
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表1-3 钢板参数
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2 模型建立
2.1 Part的建立
1、创建模型数据库：选 standard/explicit model，建立一个新的模型。
2、创建部件：（1）圆柱体：creat part（创建部件）：三维、可变形、实体、拉伸部件，总体尺寸800（要比720大）。creat circle（画圆）：半径360，厚度225。（此圆柱体为叠层钢板橡胶层用）
3、生成铅芯和连接钢板：（1）两点画线，画一条垂直于底面的轴线。（2）offset from point，在侧面根据橡胶 层厚度和钢板厚度建立参考点。（3）point and normal模式即点-法线模式，切割上下连接钢板。（4）确定四个圆：隐藏上下连接钢板后，进入草图模型进行画圆。（5）生成四个小圆柱体：拆分圆柱体，方向-切割、以小圆为轨迹，（1）生成的轴线为切割方向。（6）依次切割35层。
2.2 分析步（step）的定义
1、initial 代表首先分析的边界条件，保持默认；2、step-1：Nlgeom打开、考虑几何非线性、Time为加载的总时间长度。（本次分析0.05s内线性施加12MPa的垂直荷载，0.05s后保持垂直荷载不变下施加0.2Hz的剪切变形的切向正弦曲线位移荷载。故总时间为0.05+1/0.2=5.05s；3、最大增量步数：为了保证作业过程中的收敛，此处设为500；4、增量步大小：初始及最大增量步设置为相同，保证稳定增长，最小值设为1E-006。
3 加载工况
施加12MPa的垂向荷载+50%支座剪切变形位移时，1、创建载荷：支座顶面施加12Mpa。2、创建三个边界条件：（1）模拟叠层橡胶隔震支座下层钢板的约束状态，即完全固接与结构中。（2）模拟橡胶隔震支座上层钢板的约束状态，即限制上层钢板的X、Z向变形和Y向转角。（3）模拟橡胶隔震支座水平方向的加载制度。加载制度：首先在0.05s内线性施加12MPa的垂直荷载，0.05s 后保持垂直荷载不变下施加0.2Hz的剪切变形γ=50%的切向正弦曲线位移荷载，加载方式通过载入，具体工况见表3-1。
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4 模拟结果
4.1 变形云图
提取工况2进行分析，铅芯及叠层钢板橡胶处均出现了较大的应力，但最大应力出现在上下连接钢板与叠层的连接部位，这是由于支座的水平移动，而连接钢板是固定的，会产生很大的剪切力。根据应力云图判断支座破坏的先后依次是下连接钢板、上连接钢板、中间层、铅芯。
对支座按照剪应变幅值由小到大循环加载，剪应变为50%时，加载频率为0.3Hz，幅值达到100%时，加载频率减小为0.1Hz，采取水平方向的正弦波加载方式，采用位移控制加载，模拟工况见表4-1，可得橡胶垫得力-位移滞回曲线，见图4（a）~（c）。
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图4-2 有限元模拟结果分析
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4.2 支座水平力学性能
从图4-2的支座水平力学性能中可以看出叠层橡胶隔震支座的滞回 曲线饱满，耗能能力良好。按照隔震橡胶支座规范给定公式计算水平等效刚度：kh=（Q1-Q2）/（X1-X2）
式中：X1、X2分别为最大、最小位移；Q1、Q2分别为最大、最小位移对应的水平剪力。
计算得出水平等效刚度依次为：43940kN/m；2565kN/m。
对于相同平面尺寸相同支座高度的普通板式橡胶支座，其水平刚度按照《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）给定的公式k=GA/tr，其中tr为橡胶总厚度，119mm；G为橡胶支座的剪切模量，1.0MPa，A为橡胶面积，407150.408mm2。
计算可得 3421.43kN/m。
4.3 支座恢复力骨架曲线
结合模型破坏现象以及支座有限元模拟，读取每剪应变幅值首次循环下的最大水平位移及相应水平力数据，采用Original拟合支座的骨架曲线见图4-2。其中进行的工况见表4-1。
从图中可以看出，支座骨架曲线中各线段拟合得相关系数均在0.9~1，因此拟合骨架曲线可以真实反应多铅芯叠层隔震支座的恢复力特性。
5 结论
（1）多铅芯橡胶隔震支座具有较好的滞回特性，其初始剪切刚度可以达到普通叠层橡胶支座刚度的10倍以上，而屈服后刚度接近与普通叠层 橡胶支座刚度。
（2）选取工况所得的数据，利用Original拟合出支座的骨架曲线，为二段线形，相关系数均在0.9~1，具有很好的拟合效果。
参考文献：
[1]李涵，袁万城，田圣泽，党新志.钢丝网复合橡胶减隔震支座拟静力试验与恢复力模型研究[A].地震工程与工 程振动.
[2]艾方亮，朱玉华，何毅，卢文胜.厚层铅芯橡胶支座水平力学性能的有限元模拟[A].工程学术研讨会论文集.
[3]江宜城，聂肃非，叶志雄，李黎.厚层铅芯橡胶支座水平力学性能的有限元模拟[A].工程力学.
作者简介：
李政忠，1996年出生，男，汉族，广东梅州人，广州大学硕士研究生，研究方向：结构振动控制。