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《粘弹性阻尼材料支座在网壳结构减震控制中性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第6卷第4期空间结构Vol.6No.42000年12月SPATIALSTRUCTURESDec.2000[文章编号]1006-6578(2000)04-0021-08粘弹性阻尼材料支座在网壳结构减震控制中性能研究周晓峰,陈福江,董石麟(浙江大学,浙江,杭州310027)[摘要]空间网壳结构在强震作用下支座容易受损,而支座破坏后会引起网壳结构的整体坍塌,其后果是严重的。目前在网壳结构中橡胶支座得到了广泛的应用。粘弹性阻尼材料的力学性能与橡胶支座采用的胶料相近,而粘弹性阻尼材料比普通橡胶材料具有更高的阻尼耗能能力,故将胶料改成粘弹性阻尼
2、材料是可行的。本文从支座隔震的角度对网壳结构的动力性能进行了探讨,并将粘弹支座取代传统的橡胶支座,提出了针对这种支座的计算模型,并运用时程分析法对其受力性能进行了分析,得出了实用的结论。[关键词]空间网壳;粘弹性阻尼材料支座;地震荷载[中图分类号]TU393.3[文献标识码]A1引言网壳结构以其新颖的建筑造型、合理的结构特性而受到各国建筑师和结构工程师的青睐,在体育建筑、纪念性建筑、文化建筑等领域得到广泛的应用。随着经济的发展及科学技术的进步,网壳结构正趋向大型化、复杂化,随之带来在计算和设计方面的各种问题。网壳结构由于其自身结构形
3、式的多样性、造型复杂多变、杆件和节点数目繁多等特点,人们对该种结构的抗震规律性认识还远远不够,对于它的抗震设计,至今还未从根本上解决。网壳结构的抗震研究更是严重滞后于工程实践,设计规范中也反映了部分研究成果,但还远未达到多层和高层结构的[1][2]抗震认识程度。研究分析还表明,网壳结构支座的刚度对网壳结构动力特性有明显影响。我国在六十年代就已将橡胶支座应用于桥梁结构,多年的工程实践表明,它的效果良好。近年来,这种支座在网壳结构中也得到应用。图1所示为网壳结构中采用的夹层橡胶隔震支座,夹[收稿日期]2000-06-23[作者简介]周晓
4、峰(1973—),男,湖北武汉人,浙江大学土木系博士研究生,主要从事空间钢结构的分析理论研究。212000年周晓峰等:粘弹性阻尼材料支座在网壳结构减震控制中性能研究第4期层橡胶垫是在网壳支座支承顶板间设置一块由多层橡胶材料与薄钢板粘合、压制而成的矩形或圆形垫板。该种支座的优点在于:因钢板参与受力,故竖向承载力大,作为网壳结构的支座,非常安全;具有稳定的弹性复位能力,能在多次地震中自动瞬时回位。但它也存在不足之处:普通夹层橡胶支座能够提供的等价粘性阻尼比不超过3%。因图1夹层橡胶支座此,大多数情况下在隔震系统中须另外增设阻尼器,通常隔
5、震器和阻尼器并行设置,这使得构造复杂,安装极不方便。因此在网壳结构的设计中,通常不设置附加阻尼器,并且忽略夹层橡胶支座的阻尼,而将它假定为弹性支座进行设计。由随机振动的知识可知,隔振支座的阻尼对隔离地震有特殊的作用。为了使网壳结构在地震激励下有更好的受力性能,有必要寻求一种更优的支座。粘弹性阻尼材料的力学性能与橡胶支座采用的胶料相近,而粘弹性阻尼材料比普通橡胶材料具有更高的阻尼耗能能力,故将胶料改成粘弹性阻尼材料是可行的。这种改进后的支座形式在保持原有优势的基础上,在地震作用下,由于粘弹性阻尼材料具有较大的阻尼损耗因子,还可减轻地振
6、动影响及改善下部支承结构的受力性能。本文将根据隔震支座的实际构造,以及粘弹性阻尼材料在往复荷载下的力学性能,提出其计算模型,并通过算例,研究设置了粘弹性阻尼材料支座的网壳结构在EL-Centro波作用下的时程反应,比较了不同参数取对结构性能的影响,从而得到了一些有益的结论,对实际工程的应用起到指导和参考的作用。2粘弹性阻尼材料的工作原理和计算模型2.1粘弹性阻尼材料工作原理粘弹性材料是一种同时具有某些粘性液体和弹性固体特性的高分子聚合物材料,不但能[3]像弹性材料那样存储能量,而且还象粘性液体那样耗散能量。它之所以具有存储、耗散能量
7、的能力,是因为在受到交变应力作用时,高分子聚合物的分子间容易产生相对运动,曲折状的分子链会产生拉伸、扭曲等变形,分子间的链段也会产生相对滑移、扭转。当外力除去后,变形的分子链要恢复原位,分子间的相对运动也会部分复原,释放外力所作的功,这就是粘弹材料的弹性;但分子链段间的滑移、扭转不能完全复原,产生了永久变形,这就是粘弹材料的粘性。由于这种材料微观结构上众多的耗能环节,在适当的温度和频率下,承受交变应力时会有很大的耗能效应,因此,这是一种最常用的阻尼材料。由于粘弹性材料的动态力学性能不同于弹性材料,所以在交变应力的作用下其应力-应变曲
8、线与弹性材料的性质不全相同。对弹性材料施加交变应力之后,弹性材料内部的应力和应变几乎是同时增加或减小,故弹性材料的应力-应变曲线为一直线,而粘弹性阻尼材料的应变却[3]滞后于应力,应力-应变曲线为一椭圆形的滞回曲线,具有很强的耗能能力
