最近有一個高位連體的項目,支座形式擬選擇兩端滑動支座。滑動支座一般可選擇鉛芯橡膠支座或摩擦擺支座。
鉛芯橡膠支座
摩擦擺球型滑動支座
滑動支座選型,首先要滿足豎向承載力的要求。具體可參考《建築隔震設計標準》(GB/T 51408-2021)重力荷載代表值作用下壓應力限值的相關要求。
支座豎向承載力要求
這裡需要注意,對摩擦擺來說,此處反算得到的受力面積,其實是球冠和摩擦材料對應的投影面積,而非下支座的滑動面面積。
摩擦擺支座截面
然後,需要覆核的是滑動支座在不同工況下的滑動位移及支座反力,這就涉及到支座參數的選擇。
根據某參考文獻,鉛芯橡膠支座主要參數表如下:
摩擦擺支座主要參數表如下:
01 鉛芯橡膠支座
滑動支座可在ETABS中模擬,鉛芯橡膠支座採用Rubber Isolator單元模擬,U1連接屬性為線性,U2、U3為非線性,其中有效剛度主要用於線性工況和模態工況,而非線性屬性中的剛度其實為初始剛度,屈服後剛度按屈服前後的剛度比進行計算。
鉛芯橡膠支座參數設置
鉛芯橡膠支座U2、U3方向參數
鉛芯橡膠支座的模擬計算還需要附加一個GAP單元,以實現軸向拉壓剛度為10:1。
鉛芯橡膠支座大震作用下滯回曲線
02 摩擦擺支座
摩擦擺系統可簡化為一個沿圓弧面滑道運動的滑塊,其受力模型如下:
摩擦擺受力模型
由滑塊的受力平衡,對O點取矩,可得:
摩擦擺支座的水平力,其實由摩擦力和回復力兩部分組成:
當滑動角度很小時,上式可簡化為:
在ETABS中,摩擦擺支座採用Friction Isolator 單元模擬。其中,U1、U2、U3均需指定為非線性。
摩擦擺支座參數
摩擦擺支座U1方向參數
摩擦擺支座U2、U3方向參數
由於摩擦擺支座的滑動剛度與支座承受的豎向荷載有關,所以在時程分析之前,應先接力D+0.5L的非線性工況。
摩擦擺支座的參數計算可參考建築摩擦擺隔震支座(GB/T37358-2019)附錄A中的相關公式。
摩擦擺初始剛度計算
摩擦擺等效剛度計算
此處的有效剛度,其實並非定值,而是與支座水平位移相關,本質是二折線本構的割線剛度,當水平位移越大,等效剛度越小。通常可按最大水平位移確定有效剛度。
摩擦擺的滑動摩擦係數μ既不等於ETABS中的參數「摩擦係數-慢」,也不等於「摩擦係數-快」,而是由一個公式計算所得:
摩擦擺滯回曲線
摩擦擺雖然具有自復位能力,但無法完全復位,其殘餘位移與摩擦係數和摩擦擺半徑有關。
回復力大於摩擦力,需要滿足下式:
即當D>μR時,摩擦擺支座可自動回復,當D=μR時,達到力的平衡,不再往原始中心位置自動回復,此時,支座的最大殘餘位移為μR。
03 其他注意事項
滑動支座的計算涉及到非線性,但相比整個模型,非線性程度較低,在ETABS中,可採用FNA算法。築信達建議,模態分析採用瑞茲向量法時,荷載類型也應該包括Link單元。
對高位連體項目,我們可能希望在小震及10年一遇風載工況下,支座(幾乎)不滑動,在中震及大震工況下,支座才滑動。針對這種情況,可將黏滯阻尼器與滑動支座組合應用。
黏滯阻尼器的模擬可採用Damper-Exponential單元。
JIE 構生活,是以一名結構工程師的視角,分享他在結構設計、諮詢,學習以及生活等方面的見聞及思考。旨在吸引更多志同道合的朋友共同進步。歡迎關注,歡迎轉發!