建筑隔震用叠层橡胶支座的研究进展？
在隔震结构中，叠层橡胶支座被广泛使用。它具有水平刚度低、竖向刚度高的特点，可以延长主体结构的周期，避开地震的优良周期，阻断地震能量向上部结构的传递。再加上消能阻尼器，可以有效地耗散地震能量。本文在阐述叠层橡胶隔震支座研究进展的基础上，展望了该领域的研究方向1叠层橡胶研究进展1-1 Haringx理论叠层橡胶支座力学性能的理论研究一般以Haringx理论为基础。该理论基于不可压缩弹性体，作为小变形的弹性理论，不适合大变形和屈曲。1-2叠层橡胶的性能研究A-N-Gent在Haringx理论的基础上，研究了无限长条状和圆形不可压缩弹性层的压缩、弯曲和剪切特性，在小变形和不可压缩的假设下，得到了简单的线性解。P-B-Lindly进一步研究了两端固定的刚性板的线弹性材料的压缩特性。C-G-Koh用变量变换法得到了正方形可压缩材料的压缩刚度，证明了抛物面变形假说符合实际情况。M-S-查尔霍布考虑了体积压缩比对压缩刚度的影响，并在此基础上研究了长方形橡胶的压缩性能以及弯曲状态下钢-橡胶粘接的影响。H-C-Tsai[1]推导了无限长条形圆和正方形的压缩刚度，并用有限元法进行了验证。然后，推导了刚性板间粘接的无限长条状、圆形和正方形、橡胶的倾斜刚度、刚性板间粘接的圆形橡胶在纯弯曲下的水平位移以及刚性板间粘接的圆形、正方形和无限长条状橡胶的简化有效压缩刚度公式。1-3叠层橡胶支座的研究1-3-1刚性加劲橡胶支座(1)天然橡胶支座。叠层橡胶支座需要提供足够的竖向承载力，承受较大的水平变形。因此，对叠层橡胶支座的强度和刚度的研究成为了主要的研究内容。C-G-Koh[2]研究了方形橡胶隔震支座，提出了考虑P-δ效应的粘弹性模型，得到了模型在正弦水平力和恒压作用下的稳态响应。M-S-查尔霍布[3]理论分析了考虑体积压缩比影响的圆形隔震支座的压缩刚度。在此基础上，M-Iizuka提出了非线性弹簧在恒压下有限变形和大变形的宏观模型和隔震支座的经验设计公式[4]。m-C-康斯坦蒂努[5]研究了空心橡胶层的压缩刚度。G-H-Koo[6]提出了一种力学模型，利用瞬时观测剪切模量参数方程来估计小变形和极限剪切变形条件下的支座。H-C-Tsai[7]使用分离变量法研究了粘弹性圆柱模型隔震支座在正弦水平力和恒压下的稳态响应。作为承压部件，叠层橡胶支座也被广泛研究。C-W-Roeder[8]从理论和实验两方面研究了橡胶支座在不同竖向荷载下的稳定性。C-G-Koh[9]对轴承的稳定性进行了实验研究。J-F-Stanton[10]基于Haringx理论，对橡胶支座在不同竖向荷载下的稳定性进行了理论和试验研究。S-Nagarajaiah[11]基于Koh-Kelly理论，提出了考虑大变形、大转角、剪力和转动刚度的非线性计算模型。工扣[12]对一系列橡胶支座进行了试验，研究水平位移对临界荷载的影响，评价现有的设计方法。除了理论和试验研究，J-C-Simo[13]采用有限元法分析了不同竖向荷载下的水平位移特性和稳定性。W-Seky[14]用有限元法分析了叠层橡胶支座的大变形。(2)铅橡胶支座。在叠层橡胶支座中填充铅芯，可以提高叠层橡胶支座的阻尼，耗散地震能量，提供抵抗微小振动的初始刚度。R-G-Tyler[15]对铅芯橡胶支座进行了大变形实验。A-Mori[16]对NRB和LRB在轴压下的压缩特性进行了实验研究，并与当时实施的codes、Gent、Chalhoub、Kelly等理论进行了对比研究，证明了LRB和NRB的力学性能相近，铅芯影响不大。R-S-詹吉德[17]研究了近场地震的特征和方位参数的优化。通过调整支座的屈服强度，可以影响隔震结构的最大位移，而结构的加速度响应保持不变。基于AASHTO规范，提出了一种改进的轴承等效线性化模型。与非线性模型相比，效果良好。C-Topkaya[19]对方形橡胶支座进行了斜压试验，研究了尺寸效应。K-L-Ryan[20]通过实验研究得出，当轴向载荷增加时，竖向刚度减小。当发生大的水平变形时，竖向刚度软化；LRB的屈服强度与轴向力有关。在此基础上，Ryan提出了考虑轴压影响的非线性模型。M-Takayama[21]用有限元法分析了LRB在不同平均压力下的应力应变规律。m-imbo[22]用有限元法分析了S1对轴压应力分布和应力集中的影响。(3)高阻尼橡胶支座。高阻尼橡胶支座是在天然橡胶中加入添加剂制成的，使支座除了具有NRB的水平和垂直力学特性外，还具有阻尼特性。J-S-Hwang[23]使用分数导数开尔文模型来建立HDR的计算模型。采用改进的高斯-牛顿系统辨识方法进行对比研究。随后，研究了分数导数Maxwell模型在HDR的应用[24]和考虑温度影响的分数导数Kelvin模型[25]。Y-Ohtori[26]研究了HDR的尺寸效应。D-N-Grant[27]研究了圆形HDR上的水平双向力，建立了不与水平位移耦合的宏观模型。M-Abe[28]对平方HDR和LRB进行了理论和实验对比研究，建议在设计中考虑三维力作用下的耦合效应。1-3-2柔性加劲板橡胶支座传统的叠层橡胶支座采用钢板作为增强材料，由于钢板具有优良的力学性能，其好处是显而易见的。但是，这也造成了轴承的高成本和自重。鉴于此，学者们开始研究柔性加劲板支座的力学性能。J-M-Kelly [29]进行了理论和实验研究。研究表明，用纤维板代替钢板作为叠层橡胶支座的加强板，可以降低成本和重量。B-Y-Moon和B-S-Kang[30]详细介绍了纤维增强板橡胶支座的设计和制造，研究了中心孔和铅芯对纤维增强板橡胶支座的影响。H-C-Tsai等人对带有柔性加劲肋的叠层橡胶支座进行了一系列研究。研究表明，柔性加劲板的边界条件会影响支座的刚度；只有对支座进行压缩，才能提高纤维橡胶支座的刚度；纤维板未充分拉伸时，压力和弯矩是非线性耦合的；纤维增强板式支座的竖向屈曲荷载受水平力的影响，也小于线性材料增强板式支座。2.总结和展望叠层橡胶支座机理的研究，重点是支座的强度、刚度、稳定性和阻尼特性:从理论分析到试验分析、经验公式和有限元方法的应用；从理想弹性的Haringx理论到考虑体积压缩、材料特性、加载方式、尺寸效应和温度效应；从一维、二维到三维分析；从单纯考虑单轴受压、受拉、受弯，到双轴受压、受拉、受剪，再到三轴受压、受剪、受拉、受剪及其组合效应，进行了系统的研究，取得了丰硕的成果。由于叠层橡胶支座材料和结构机理的复杂特性，叠层橡胶支座的研究仍需进一步深化。(1)研究了叠层橡胶支座在复杂应力状态下的力学性能以及各种特征状态的相关性对支座力学性能的影响。(2)随着隔震技术的进一步普及和建筑高度的增加，有必要对大直径和超大直径叠层橡胶支座的力学性能进行研究。(3)结合柔性加劲肋叠层橡胶支座的研究，开发和推广重量轻、体积小、成本低的小型叠层橡胶支座，便于在小型建筑中使用。(4)叠层支座的极限承载力取决于内部加劲肋的受力特性，但对内部加劲肋的研究很少，这方面仍需进一步研究。(5)在深入研究叠层橡胶支座各种性能的基础上，需要解决叠层橡胶支座的优化设计问题。(6)叠层橡胶支座的有限元分析。利用有限元分析可以提高研究效率，降低成本，解决一些实验无法完成的分析。
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