水平位移加载方式对铅芯橡胶支座力学性能的影响

王建强，刘耀东，辛 伟，李 政，赵 军

(1.郑州大学 土木工程学院，河南 郑州 450001;2.成都基准方中建筑设计有限公司，四川 成都 610021)

水平位移加载方式对铅芯橡胶支座力学性能的影响

王建强1，刘耀东1，辛 伟2，李 政1，赵 军1

(1.郑州大学 土木工程学院，河南 郑州 450001;2.成都基准方中建筑设计有限公司，四川 成都 610021)

对铅芯橡胶支座进行了压、剪力学性能试验，研究了不同水平位移加载顺序和加载频率对支座力学性能的影响。结果表明:水平位移递增加载时支座的屈服力、屈服后刚度、水平等效刚度和等效阻尼比均大于递减加载时支座的性能，随着支座剪切变形的增大，加载顺序对支座屈服后刚度和水平等效刚度的影响逐渐减小;水平位移加载频率较小时，加载频率对支座力学性能有一定的影响，随着加载频率的增大，加载频率对支座力学性能的影响逐渐减小。

铅芯橡胶支座 力学性能 加载顺序 加载频率

铅芯橡胶支座是在普通橡胶支座中加入一定数量的铅芯，使支座不仅具有合理的水平刚度，而且具有一定的阻尼，提高了支座的耗能能力，在房屋建筑和桥梁工程中得到了广泛的应用，并在多次实际地震中表现出良好的隔震效果。近年来，研究人员对铅芯橡胶支座进行了试验和分析［1-5］，对普通铅芯橡胶支座和多铅芯橡胶支座的基本力学性能和弹塑性力学性能进行了较为深入的研究。本文将对铅芯橡胶支座进行压、剪试验，研究水平加载顺序和加载频率对支座剪切性能的影响。

1 试验概况

本试验采用国内某厂家生产的LRB200型铅芯橡胶支座，支座构造如图1所示，支座参数见表1。试验加载设备包括:竖向加载采用1台1 500 kN电液伺服作动器，行程为±250 mm;水平加载采用1台500 kN电液伺服作动器，行程为±125 mm。竖向加载和水平加载可同时进行，加载方式为荷载或位移，输入波形为正弦波、三角波、梯形波、斜波、组合波、地震波等。数据采集采用全自动数据采集系统。对铅芯橡胶支座进行压剪试验(如图2所示)，竖向加载采用荷载控制，支座的竖向压力均为10 MPa，水平加载采用位移控制，输入正弦波，试验工况如下述。

图1 支座构造示意(单位:mm)

图2 支座加载

工况1:对支座进行剪切变形由小至大的水平位移递增加载，支座的剪切变形由小至大分别为50%，100%，150%，200%，加载频率为0.1 Hz。

工况2:对支座进行剪切变形由大至小的水平位移递减加载，支座的剪切变形由大至小分别为200%，150%，100%，50%，加载频率为0.1 Hz。

工况3:对支座进行不同水平加载频率的压剪试验，支座的剪切变形分别为 50%，100%，150%，200%，水平加载频率分别为 0.001，0.005，0.010，0.050，0.100 Hz。

工况1和工况2主要研究水平位移的加载顺序对

支座力学性能的影响，为减小工况1对工况2的影响，工况1试验完成后，将支座取下静置7 d后再进行工况2的试验。工况3主要研究水平加载频率对支座力学性能的影响，每完成一个剪切变形不同加载频率的试验后，将支座取下静置3 d后再进行下一个剪切变形不同加载频率的试验。铅芯橡胶支座的压剪试验采用国家标准《橡胶支座 第1部分:隔震橡胶支座试验方法》(GB/T 20688.1—2007)［6］中所推荐的加载3个循环的试验方案。为保证第3个循环试验曲线的完整性，本次试验实际进行了4个循环的加载，取第3个循环的试验结果计算支座的屈服力、屈服后刚度、水平等效刚度和等效阻尼比。

表1 支座参数

2 加载顺序对支座力学性能的影响

工况1和工况2作用下，水平位移加载顺序对支座屈服力、屈服后刚度、水平等效刚度和等效阻尼比的影响如图3所示。

由图3可以看出:

①递增加载时支座的屈服力、屈服后刚度、水平等效刚度和阻尼比均大于递减加载时支座的性能;

②剪切变形对支座的屈服力影响较小，递增加载时支座的屈服力比递减加载时增大了20%左右;

③支座的屈服后刚度和水平等效刚度随着剪切变形的增大而减小，剪切变形为50%，递增加载时支座的屈服后刚度和水平等效刚度比递减加载时分别增大了18%和20%，随着剪切变形的增大，二者的差异逐渐减小;

④支座的等效阻尼比随着剪切变形的增大而有所减小，水平位移加载顺序对支座等效阻尼比的影响较小。

图3 水平位移加载顺序对支座力学性能的影响

3 加载频率对支座力学性能的影响

图4 水平位移加载频率对支座力学性能的影响

工况3作用下，水平位移加载频率对支座屈服力、屈服后刚度、水平等效刚度和等效阻尼比的影响如图4所示。由图中可以看出:①水平位移加载频率由0.001 Hz增大至0.010 Hz时，支座的屈服力和水平等

效刚度逐渐增大，增大了约8%左右，而支座的屈服后刚度和等效阻尼比有所增大或降低，变化幅度在10%以内;②水平位移加载频率由0.01 Hz增大至0.10 Hz时，支座的屈服力和等效阻尼比基本保持不变或有所降低，变化幅度在8%以内，而支座的屈服后刚度和水平等效刚度则随着加载频率的增大而增大，特别是在剪切变形为50%时，支座的屈服后刚度和水平等效刚度增大了约10%，随着剪切变形的增大，水平位移加载频率对其的影响逐渐减小。

4 结论

通过对铅芯橡胶支座的力学性能试验，研究了水平位移加载顺序和加载频率对铅芯橡胶支座力学性能的影响，得出了以下主要结论:

1)水平位移递增加载时支座的屈服力大于递减加载时支座的屈服力;随着剪切变形的增大，加载顺序对支座屈服后刚度和水平等效刚度的影响逐渐减小;加载顺序对支座等效阻尼比的影响较小。

2)水平位移加载频率较小时，加载频率对支座屈服力、屈服后刚度、水平等效刚度和等效阻尼比有一定影响，随着加载频率的增大，加载频率对支座剪切性能的影响逐渐减小。

［1］吴彬，庄军生，臧晓秋.铅芯橡胶支座的非线性动态分析力学参数试验研究［J］.工程力学，2004，21(5):144-149.

［2］杜修力，韩强，刘文广，等.方形多铅芯橡胶支座力学性能研究［J］.地震工程与工程振动，2006，26(2):125-130.

［3］朱腾宇，朱玉华.铅芯橡胶支座滞回特性的振动台试验研究［J］.结构工程师，2012，28(4):128-132.

［4］何文福，刘文光，杨彦飞，等.橡胶支座水平剪切弹塑性力学性能试验研究［J］.兰州理工大学学报，2007，33(3):120-123.

［5］江宜城，聂肃非，叶志雄，等.多铅芯橡胶隔震支座非线性力学性能试验研究及其显式有限元分析［J］.工程力学，2008，25(7):11-17.

［6］中华人民共和国国家标准.GB/T 20688.1—2007 橡胶支座 第1部分:隔震橡胶支座试验方法［S］.北京:中国标准出版社，2007.

Influence of imposed lateral displacement mode on mechanical performance of lead-centered rubber bearings

WANG Jianqiang1，LIU Yaodong1，XIN Wei2，LI Zheng1，ZHAO Jun1
(1.School of Civil Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450001，China; 2.Chengdu JZFZ Architecture Design Co.，Ltd.，Chengdu Sichuan 610021，China)

T he compressive-shear tests of the lead-centered rubber bearings were carried out，the influence of the loading sequence and loading frequency on the mechanical performance of the bearings was studied.T he results show that when the lateral displacement of the bearing is increased，the yield force，post-yield stiffness，horizontal equivalent stiffness and equivalent damping ratio are greater than those when the lateral displacement is inclined.As the shear deformation of the bearing increases，the loading sequence has little effect on the post-yield stiffness and horizontal equivalent stiffness.W hen the lateral displacement loading frequency is at low level，the loading frequency affects the mechanical performance of the bearing to some extent.As the loading frequency increases，the loading frequency has little effect on the mechanical performance of the bearing.

Lead-centered rubber bearing;M echanical performance;Loading sequence;Loading frequency

U443.36+1

:ADOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2015.09.09

(责任审编 赵其文)

2015-04-07;

:2015-06-19

国家自然科学基金项目(U1204502);河南省重点科技攻关项目(102102210062);河南省高校科技创新团队(15IRTSTHN026)

王建强(1975— )，男，河南郑州人，教授，博士。

1003-1995(2015)09-0029-03