减震技术丨隔震支座的这些力学特性您都掌握了吗？

叠层橡胶隔震支座，

是隔震设计中应用最为广泛的隔震装置。

了解隔震支座的力学特性，

在软件中设置正确的参数，

是做好隔震设计最基本的前提。

那么，隔震支座的这些特性您都掌握了吗？

叠层橡胶隔震支座是由多层橡胶和钢板互相叠合粘接而成。目前，常见的种类有天然橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座和高阻尼橡胶隔震支座，其中前两种最为常用。由于隔震支座本身的结构特点，其轴向和水平向有着迥异的力学特性。

竖向压缩时，橡胶由于受到钢板的约束作用，外加橡胶的近似不可压缩的特性，橡胶中心部分处于三向受压状态，轴向抗压能力与RC柱基本相当；竖向拉伸时，变形主要由橡胶承担，橡胶的抗拉刚度较抗压刚度低很多，因而隔震支座的抗拉刚度很低，一般是抗压刚度的1/10~1/7。

水平作用时，中间钢板不能约束橡胶的剪切变形，隔震支座的剪切变形主要是橡胶的剪切变形。橡胶的剪切刚度很小，因此天然橡胶隔震支座的水平剪切刚度很小，剪切变形很大。铅芯隔震支座剪切刚度由铅芯和橡胶共同提供，刚度会比天然橡胶大很多，但铅芯本身塑性变形能力很强，屈服力较低，因而隔震支座的剪切变形还是很大的。

目前，隔震支座在有限元软件中进行模拟分析时基本都采用2节点一维单元，每个节点都是6个自由度。但是由隔震支座的不具备抗弯及抗扭刚度，因此，一般不需要考虑隔震支座的弯曲刚度和扭转刚度。

隔震支座三个平动自由度对应的刚度分别是：

1) 轴向刚度：

拉压均为线弹性本构，拉压刚度异性。

2) 水平方向：

天然橡胶隔震支座为双向线弹性本构。铅芯隔震支座为双向非线性滞回（双折线模型或Wen模型）本构。

隔震支座不具备抗弯及抗扭刚度，给我们的第一反应是隔震支座不会传递任何弯矩扭矩。但是，由于隔震支座剪切变形通常都很大，需要考虑隔震支座的二阶效应，即由隔震支座水平变形产生附加的弯矩。而且，隔震支座的剪力也会使隔震支座两端产生附加弯矩。

在《隔震结构设计标准》（征求意见稿）附录C中，隔震支座连接设计考虑隔震支座水平变形产生的附加弯矩。其计算公式如下：

隔震支墩及连接部位变形示意图

该公式考虑了隔震支座的水平向的剪切变形，其竖向变形及弯曲变形都忽略不计。

SAUSG-PI可以直接的导出隔震支座的各内力分量及相对变形数值，通过SAUSG-PI可以很方便得出隔震支座水平变形产生的附加弯矩。

一个看似简单的隔震支座，想要模拟好其力学特性，还是有一些需要注意的地方的，您都掌握这些特性了吗？

1) 轴向虽然是线性的，但是拉压刚度需要分别考虑；

2) 水平向需要根据隔震支座类型考虑线性弹性本构或者二折线本构；

3) 隔震支座虽然没有弯曲刚度，但是需要考虑由于剪切变形产生的附加弯矩。

有兴趣的同学不妨在家试试吧！