ETABS中橡膠支座動(dòng)力特性分析

王猛 李何瀟 孫玥 周興

摘 要：通過ETABS對(duì)實(shí)際建筑案例對(duì)橡膠支座進(jìn)行動(dòng)力特性分析，介紹了地震波的選取的方法和其規(guī)范的要求，合理的選出7條地震波，并通過相應(yīng)計(jì)算得到的支座的軸力時(shí)程曲線。

關(guān)鍵詞：隔震支座;ETABS;地震波;時(shí)程曲線

隔震建筑是運(yùn)用最廣和最早的具有良好抗震效果的建筑，在地震下隔震建筑的隔震支座產(chǎn)生了變形，將地震帶來的地震作用加速度減小傳遞給建筑上部結(jié)構(gòu)，提高了上部結(jié)構(gòu)的周期，從而保護(hù)了建筑結(jié)構(gòu)。為了分析建筑在罕遇地震下隔震支座的動(dòng)力特性，本文通過ETABS軟件對(duì)實(shí)例隔震建筑進(jìn)行隔震分析，為其他項(xiàng)目的隔震分析提供參考。

1? 結(jié)構(gòu)概況

此模型通過一棟中學(xué)綜合樓改造而來，工程位于云南省普洱市，結(jié)構(gòu)形式為框架形式，建筑層數(shù)為5層，建筑的高度是18.9m，寬度為16.5m，高寬比為1.1，乙類建筑，抗震設(shè)防烈度為8度，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，場(chǎng)地特征周期為0.45s，框架的抗震等級(jí)為二級(jí)。

2? 地震波的選取

對(duì)于運(yùn)用ETBAS進(jìn)行結(jié)構(gòu)的隔震分析時(shí)，選擇地震波是非常重要的，其影響著結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果的可靠性。通常情況下需要考慮場(chǎng)地條件、遠(yuǎn)近震和結(jié)構(gòu)基本周期對(duì)地震波的選擇所帶來的影響[1]。通常不能選擇地震波持續(xù)時(shí)間較小的波，輸入的地震加速度時(shí)程曲線的有效持續(xù)時(shí)間也有規(guī)定，一般從首次達(dá)到該時(shí)程曲線最大峰值的10%那一刻開始，到最后一刻達(dá)到最大峰值的10%為止。此次本實(shí)例計(jì)算所選用的波為7條地震波，其中兩條人工波和五條天然波[3]。地震波的詳情具體見表1。

所選地震波的時(shí)程反應(yīng)譜曲線與規(guī)范反應(yīng)譜曲線的對(duì)比如圖1所示。

3? 橡膠支座的布置

在ETABS進(jìn)行隔震分析時(shí)，由于橡膠隔震支座的力學(xué)特性，為了真實(shí)的模擬支座的特性，需要通過Isolator與GAP單元串聯(lián)來模擬橡膠支座。

此模型支座共用了2個(gè)LNR500、14個(gè)LRB600、8個(gè)LNR600。疊層橡膠支座的參數(shù)見表2，其中的豎向剛度是LNR500疊層橡膠支座的Abaqus模型中支座的豎向壓力和變形比值得到的，等效水平剛度取的是疊層橡膠支座在剪切變形為250%前的線性剛度，其值為支座水平應(yīng)變與應(yīng)力的比值。

隔震支座的布置最重要的是受力均勻，不能出現(xiàn)個(gè)別受力過大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)地震作用下的傾覆破壞，所以偏心率的計(jì)算能很好的知道支座布置是否均勻，一般國外對(duì)偏心率的要求為不大于3%，此結(jié)構(gòu)計(jì)算所得偏心率最大為1.50%在X方向，具體數(shù)據(jù)見表3。

原結(jié)構(gòu)三維圖如圖2，隔震支座的布置，支座位置編號(hào)如圖3：

4 橡膠支座軸力與位移的關(guān)系

罕遇地震作用下在ETABS中通常采用快速非線性分析方法，而通常在用FNA對(duì)隔震建筑進(jìn)行時(shí)程分析的時(shí)候，軟件并沒有算上結(jié)構(gòu)的恒荷載和活荷載，此時(shí)需要通過時(shí)程函數(shù)來加載，使用時(shí)程函數(shù)來定義一個(gè)FNA工況，荷載為恒荷載和活荷載，振型阻尼為0.99，其中荷載組合按規(guī)定組合。

通過計(jì)算可以看出，支座在1.0×恒荷載+1.0×水平地震-0.5×豎向地震組合下和1.0×恒荷載-1.0×水平地震-0.5×豎向地震組合下都有6個(gè)支座出現(xiàn)了拉應(yīng)力，其中最大拉應(yīng)力分別為21號(hào)LNR600支座的0.37MPa和1號(hào)LNR500支座0.41MPa，都位于建筑角柱下的隔震支座，以此看出結(jié)構(gòu)的角部和結(jié)構(gòu)的短邊容易出現(xiàn)較大拉應(yīng)力。

也可以計(jì)算出罕遇地震下支座出現(xiàn)最大拉應(yīng)力荷載組合下支座的最大位移，其中支座在X向七條波和Y向七條波的位移平均值最大都為0.340mm，位移最大值分別為0.442mm和0.461mm，最大位移出現(xiàn)在R1（ACC5）波作用下的支座1，其水平位移和軸力對(duì)比的時(shí)程數(shù)據(jù)見下圖4。

由圖4可知支座1在t=12.66S時(shí)，出現(xiàn)了最大位移分別為0.438、0.459m，R1-X波作用在t=12.7S時(shí)，出現(xiàn)了最大拉力80KN，R1-Y波作用在t=12.72S時(shí)，最大拉力6KN，從圖中可以看出支座在水平位移到達(dá)最大的時(shí)候軸力也達(dá)到最大。

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作者簡(jiǎn)介：

王猛（1987-）男，山東德州人，碩士研究生，研究方向：工程抗震。

（1.云南開放大學(xué)（云南國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院），云南 昆明650500;2.云南民族大學(xué)，云南 昆明650500;3.云南省設(shè)計(jì)院集團(tuán)，云南 昆明 650500）