隔震双支座的不同模拟结果对比分析.pdf

第 51 卷 第 1 期有色金属设计Vol.51 No.12024 年 3 月Nonferrous Metals DesignMar.2024收稿日期:2023-08-02作者简介:李发福(1982),男,四川资阳人,高级工程师,主要研究方向:建筑结构设计。Email:80944688 。通讯作者:李奕生(1987),男,湖北黄冈人,高级工程师,主要研究方向:建筑结构设计。隔震双支座的不同模拟结果对比分析李发福1,李奕生2,邓丹1(1.基准方中建筑设计股份有限公司,四川 成都 610000);2.昆明有色冶金设计研究院股份公司,云南 昆明 650051)摘要:隔震建筑中往往出现单支墩下有双支座的情况,隔震分析时,设计人员将 2 个支座的刚度合并,等效为 1 个支座输入。文章基于平面力系平衡方程,结合规范要求及工程案例验证,在单支墩下真实布置双支座(双支座输入)和按单支座模拟(单支座等效输入)的两种输入方式下对比支座拉压应力的结果差异。分析结果表明:单支墩下设置双支座时,采用单支座等效输入的方式无法得到支座的真实拉压应力,特别是双支座布置方向上支墩仅单侧有梁的位置,在长期面压和大震拉应力验算时支座的真实拉压应力可能超过规范限值,此时应采用符合实际受力状态的双支座输入模型进行隔震分析。关键词:隔震建筑;双支座输入;单支座等效输入;拉压应力中图分类号:TU318+.2文献标识码:A文章编号:1004-2660(2024)01-0073-07Comparative Analysis of Different Simulation Results for Double Isolation BearingsLI Fafu1,LI Yisheng2,DENG Dan1(1.JZFZ Architectural Design Co.,Ltd.,Chengdu,Sichuan,610000,China;2.Kunming Engineering&Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.,Ltd.,Kunming Yunnan,650051,China)Abstract:There are often double bearings under a single pier in a seismic isolation building.In seismic isola-tion analysis,the designers combine the stiffness of two bearings,which is treated as the input of one bearing.Based on the equilibrium equation of the plane force system,as well as code requirements and engineering case verification,in this paper,the results of bearingstension-compression stress in two input modes(namely double bearings under a single pier(double-bearing input)and single-bearing simulation(single-bearing e-quivalent input)were compared.The analysis results show that when double bearings are arranged under a single pier,the real tension-compression stress of the bearings cannot be obtained by using the single-bearing equivalent input mode.Especially at the position where there are beams only on one side of the pier in the layout direction of double bearings,the real tension-compression stress of the bearings may exceed the limit in the code during checking calculation of long-term surface pressure and large seismic tensile stress.In this case,the input model of double bearings conforming to the actual stressed state shall be used for seismic isolation analysis.Keywords:Seismic isolation building;Double-bearing input;Single-bearing equivalent input;Tension-compression stress有色金属设计第 51 卷0 引 言建筑工程叠层橡胶隔震支座施工及验收标准1对隔震支座的见证检验提出了更高的要求,因此,在隔震建筑中,当出现较多型号的隔震支座时,从经济合理性出发往往需要对隔震支座型号进行归并,就会形成单支墩下布置双支座的情况,见图 1。在模型计算分析时,为了计算的方便,设计人员往往将双支座的布置进行简化输入,即将 2 个隔震支座的水平刚度、竖向拉压刚度合并,等效为 1 个隔震支座输入,见图 2。经分析,单支座等效输入对隔震建筑的整体隔震效果没有影响,各项指标均能满足规范的要求。但对单个隔震支座的拉压应力是否产生不利影响呢?文章对此进行深入分析。图 1 双支座布置Fig.1 Double-bearing layout图 2 单支座等效布置Fig.2 Single-bearing equivalent layout1 节点受力平衡分析假设图 1 中单个支座的横截面面积为 A,水平刚度 Keq,竖向拉压刚度 EA,采用图 2 所示的按单支座等效模拟输入时,其横截面面积就为2A,水平刚度 2Keq,竖向拉压刚度 2EA。双支座下 2 个支座的中心距为 l。将上支墩局部脱离出来进行受力分析,如图3、图 4 所示,根据平面力系的平衡方程2可得出:单支座等效输入下支座反力:N=F+V左+V右(1)单支座等效输入下支座应力:=F+V左+V右2A(2)双支座输入下支座反力:N1=F+V左+V右2+N(3)N2=F+V左+V右2-N(4)双支座输入下支座应力:maxmin=F+V左+V右2ANA(5)N=Ml(6)M=M+M左-M右+V左l2-V右l2(7)式中:F 框柱柱脚轴力;M 框柱柱脚弯矩;V 框柱柱脚水平剪力;A 单个隔震支座横截面面积;V左、V右 支墩左、右端框梁剪力;M左、M右 支墩左、右端框梁弯矩。图 3 单支座等效布置Fig.3 Single-bearing equivalent layout47李发福,李奕生,邓丹:隔震双支座的不同模拟结果对比分析图 4 双支座布置Fig.4 Double-bearing layout由计算结果可知,2 种输入方式下,隔震支座的拉压应力是有区别的:双支座真实的拉压应力较单支座等效输入时存在 1 个应力增减量(N/A),该应力增减量由节点不平衡弯矩 M引起,该不平衡弯矩作用在隔震支座上,引起附加轴力 N 的增减。2 规范要求建筑隔震设计标准3表 4.6.3、表 6.2.1-1、表 6.2.1-4 分别对隔震支座在重力荷载代表值作用下的压应力、大震作用下的压应力、拉应力均有限值要求(对应详见表 1-3)。由平面力系的平衡方程分析结果,单支墩下存在双支座时,支座的真实拉压应力与单支座等效输入计算出来的支座拉压应力存在差异,控制支座在不同工况下的拉压应力限值时,单支座等效输入的分析结果没有考虑因不平衡弯矩引起的拉压应力增量对支座的不利影响,因此,当支墩下存在双支座时,采用单支座等效输入的计算结果存疑。表 1 隔震支座在重力荷载代表值作用下的压应力限值(Mpa)Tab.1 Compressive stress limit of seismic isolation bearings under representative gravity load(Mpa)支座类型特殊设防类建筑重点设防类建筑标准设防类建筑隔震橡胶支座101215弹性滑板支座121520摩擦摆隔震支座202530表 2 隔震橡胶支座在罕遇地震下的最大竖向压应力限值(Mpa)Tab.2 Maximum vertical compressive stress limit of seismic isolation rubber bearings in case of a rare earthquake(Mpa)建筑类别特殊设防类建筑重点设防类建筑标准设防类建筑压应力限值2025303 工程验证通过前面的分析可以判断出,附加轴力的大小受节点内力(柱脚弯矩、两侧梁端剪力、梁端弯矩)及支座中心距的影响,节点内力又受两侧梁跨度、荷载、地震作用力大小等因素影响。为了便于分析其影响程度,根据受力特点,选择 2种布置方式进行对比分析:第一种布置方式为在双支座布置方向支墩两侧均有框梁,见图 5;第二种布置方式为在双支座布置方向支墩仅一侧有框梁,见图 6。同时在平面上选取角柱、边柱、中柱 3 个位置进行对比分析。表 3 隔震橡胶支座在罕遇地震下的竖向拉应力限值(Mpa)Tab.3 Vertical tensile stress limit of seismic isolation rubber bearings in case of a rare earthquake(Mpa)建筑类别特殊设防类建筑重点设防类建筑标准设防类建筑拉应力限值011注:隔震支座验算最大压应力和最小压应力时,应考虑水平及竖向地震同时作用产生的最不利轴力;其中水平和竖向地震作用产生的应力应取标准值。图 5 第 1 种布置方式Fig.5 Layout 157有色金属设计第 51 卷图 6 第 2 种布置方式Fig.6 Layout 23.1 标准模型验证采用 ETABS 建立 1 个标准模型,纵横向均为4 跨,跨度 8.4 m,8 度 0.3 g,类场地。如图 7所示,选取角柱、2 个方向的边柱(边柱 A、边柱 B)及中柱做分析对象,选择 1 条时程波进行计算对比。图 7 标准模型Fig.7 Standard model双支座输入法采用将大支墩分解成 2 个小支墩,小支墩下按实输入每个隔震支座的竖向、水平刚度,小支墩之间再用刚性杆连接形成一整个支墩,如图 8 所示。图 8 双支座输入法Fig.8 Double-bearing input method单支座等效输入法是直接在支墩下设置单个隔震支座模拟双支座,该模拟支座竖向、水平刚度均为真实的单个支座的两倍,如图 9 所示。图 9 单支座等效输入法Fig.9 Single-bearing equivalent input method(1)DL+0.5LL 工况下的压应力对比分析DL+0.5LL 工况下的压应力对比见表 4,根据计算分析结果显示,在 DL+0.5LL 工况下:支墩两侧有梁的位置(边柱 B 及中柱),两种输入法下支座的压应力几乎无变化;支墩单侧有梁的位置(角柱及边柱 A),双支座输入与单支座等效输入比较,一个支座压应力增大了 12%左右,而另一个支座压应力也减小 12%左右。表 4 DL+0.5LL 工况下的压应力对比Tab.4 Comparison of compressive stress under DL+0.5LL condition部位输入方式支座节点号应力/MPa对比角柱单支座等效输入5-5.66双支座输入01a-5.02-11%01b-6.3212%边柱 A单支座等效输入10-9.13双支座输入06a-7.92-13%06b-10.2012%边柱 B单支座等效输入4-9.14双支座输入02a-9.120%02b-9.100%中柱单支座等效输入9-10.0双支座输入07a-10.192%07b-10.212%(2)大震的压应力对比分析大震的压应力对比见表 5,根据计算分析结果显示,在大震作用下:控制应力的地震作用方向均平行于双支座布置方向(表中仅列出了该方向地震作用下的支座应力);角柱、边柱、67李发福,李奕生,邓丹:隔震双支座的不同模拟结果对比分析中柱位置,双支座输入与单支座模拟输入比较,最不利支座的压应力均增大,增大幅度在 15%50%区间。表 5 大震的压应力对比Tab.5 Comparison of compressive stress in major earthquakes部位输入方式支座节点号应力/MPa对比角柱单支座等效输入5-9.34双支座输入01a-13.6346%01b-8.80-6%边柱 A单支座等效输入10-12.89双支座输入06a-15.9524%06b-12.61-2%边柱 B单支座等效输入4-10.50双支座输入02a-13.4328%02b-13.9233%中柱单支座等效输入9-11.64双支座输入07a-13.0312%07b-13.9019%(3)大震的拉应力对比分析大震的拉应力对比见表 6,根据计算分析结果显示,在大震作用下:控制应力的地震作用方向均平行于双支座布置方向(表中仅列出了该方向地震作用下的支座应力);支墩单侧有梁的位置(角柱及边柱 A):单支座等效输入没有拉应力,双支座输入最不利支座出现了拉应力;支墩两侧有梁的位置(边柱 B 及中柱):两种输入方式下支座均未出现拉应力。3.2 工程案例验证为了验证标准模型分析的结果,我们任选了1 个专项审查的实际项目案例进行验证对比分析。该项目 8 度 0.3 g,II 类场地,支座布置如图 10所示,角柱、边柱、中柱位置均存在支墩下布置双支座。该项目在第一次专审中所有双支座均按单支座等效输入方式进行隔震分析,不符合实际受力状态。设计单位对双支座布置进行调整,输入方式按双支座输入,如图 11 所示。同样选择角柱1、边柱 2、边柱 3、中柱 4 进行 2 种输入方式下的结果对比(选取其中 1 条人工波进行结果对比),如图 11、图 12 所示。表 6 大震的拉应力对比Tab.6 Comparison of tensile stress in major earthquakes部位输入方式支座节点号应力/MPa对比角柱单支座等效输入5-1.20双支座输入01a0.47出现拉应力01b-2.90/边柱 A单支座等效输入10-3.91双支座输入06a0.17出现拉应力06b-6.28/边柱 B单支座等效输入4-6.36双支座输入02a-3.31/02b-2.84/中柱单支座等效输入9-6.27双支座输入07a-5.74/07b-5.01/图 10 支座布置Fig.10 Bearing layout图 11 双支座布置及透视图Fig.11 Double-bearing layout and perspective view图 12 单支座等效布置及透视图Fig.12 Single-bearing equivalent layout and perspective view77有色金属设计第 51 卷(1)DL+0.5LL 工况下的压应力对比分析:见表 7,根据计算分析结果,在 DL+0.5LL 工况下:角柱、边柱、中柱所有位置,双支座输入与单支座等效输入比较,最不利支座的压应力均增大,增大幅度在 25%50%区间。表 7 DL+0.5LL 工况下的压应力对比Tab.7 Comparison of compressive stress under DL+0.5LL condition部位输入方式支座节点号应力/MPa对比角柱 1单支座等效输入1-2.60双支座输入1a-3.5135%1b-2.13-18%边柱 2单支座等效输入2-3.04双支座输入2a-4.4948%2b-1.47-52%边柱 3单支座等效输入3-1.50双支座输入3a-2.0839%3b-1.19-21%中柱 4单支座等效输入4-4.84双支座输入4a-3.62-25%4b-6.1126%(2)大震的压应力对比分析:见表 8,根据计算分析结果显示,在大震作用下:控制应力的地震作用方向均平行于双支座布置方向(表中仅列出了该方向地震作用下的支座应力);角柱、边柱、中柱位置,双支座输入与单支座等效输入比较,最不利支座的压应力均增大,增大幅度在 25%70%区间。(3)大震的拉应力对比分析:见表 9,根据计算分析结果显示,在大震作用下:控制应力的地震作用方向均平行于双支座布置方向(表中仅列出了该方向地震作用下的支座应力);支墩单侧有梁的位置(角柱 1 及边柱 3):单支座等效输入方式计算结果出现很小的拉应力,双支座输入时最不利支座的拉应力迅速增大,并超过了规范限制;支墩两侧有梁的位置(边柱 2 及中柱 4):2 种输入方式下支座均未出现拉应力。工程实例分析结果同时也印证了前述分析结果的正确性,事后设计单位又重新调整了支座型号和布置,以满足规范限值要求。表 8 大震的压应力对比Tab.8 Comparison of compressive stress in major earthquakes部位输入方式支座节点号应力/MPa对比角柱 1单支座等效输入1-5.94双支座输入1a-4.89-18%1b-8.3941%边柱 2单支座等效输入2-4.76双支座输入2a-6.0026%2b-2.76-42%边柱 3单支座等效输入3-4.57双支座输入3a-7.6868%3b-1.58-65%中柱 4单支座等效输入4-6.95双支座输入4a-5.76-17%4b-8.6825%表 9 大震的拉应力对比Tab.9 Comparison of tensile stress in major earthquakes部位输入方式支座节点号应力/MPa对比角柱 1单支座等效输入10.10双支座输入1a-0.54/1b1.14拉应力迅速增大边柱 2单支座等效输入2-0.84双支座输入2a-2.22/2b-0.13/边柱 3单支座等效输入30.14双支座输入3a1.01拉应力迅速增大3b0.05中柱 4单支座等效输入4-1.90双支座输入4a-1.02/4b-2.44/(下转第 83 页)87赵玉涛:市政园林景观绿化工程施工技术探讨高,现代城市的基础设施中最不可缺少的构成部分便是城市园林景观艺术,其在城市景观中园林景观绿化占据着相当关键的地位。同时,市政景观园林绿化建设技术和施工管理也引起了人们的重点注意,希望能够展现更完善的城市园林生态景观,从而改善和提升城市的生态环境,因此,在实际的施工过程中,需要对新兴技术和材料的引进,强化对施工的管理能力,进而提高整体施工质量,发挥出市政园林景观绿化具备的功能和成效。参考文献:1何晓洋.市政园林景观绿化工程施工技术要点分析J.建筑工程技术与设计,2018(031):3406.2齐金萍.市政园林景观工程存在的问题及其解决对策探究J.工程技术,2021(5):2.3张超.市政园林工程的坡面绿化施工技术研究J.风景名胜,2021,000(001):187.DOI:10.3969/j.issn.1003-5516.2021.01.175.4李茂群.市政园林景观工程中硬质景观施工质量管控策略分析J.农村科学实验,2022(018):192-194.5车勇,王德元,刘治欣.市政园林施工技术的难点及有效措施分析J.工程技术,2021(5):167-168.(上接第 78 页)4 对比结论通过标准模型对比分析以及实际工程案例验证,双支座输入与单支座等效输入存在如下差异:(1)重力荷载代表值的压应力验算:双支座输入下最不利支座的压应力比按单支座等效输入均有增大,增大幅度在 10%50%区间;(2)大震压应力验算:角柱、边柱、中柱位置,双支座输入与单支座等效输入比较,最不利支座的压应力均增大,增大幅度在 15%70%区间;(3)大震拉应力验算:对于在双支座布置方向仅单侧有梁的边柱、角柱,单支座等效输入计算结果没有拉应力时,双支座输入下最不利支座可能出现拉应力;当单支座等效输入计算结果出现拉应力时,双支座输入时最不利支座的拉应力将迅速增大,并超过规范限值。5 结 语由于所分析的样本有限,上述增大幅度值不能囊括所有情况,但是支墩节点位置的不平衡弯矩引起隔震支座的应力增量不可忽视。当支墩下存在双支座时,采用单支座等效模拟输入的方式无法得到支座的真实拉压应力,特别是双支座布置方向上支墩仅单侧有梁的位置,在长期面压和大震拉应力验算时支座的真实拉压应力可能超过规范限值,此时应采用符合实际受力状态的双支座输入模型进行计算分析。参考文献:1震安科技股份有限公司,昆明理工大学.建筑工程叠层橡胶隔震支座施工及验收标准:DBJ53/T-482020S.昆明:云南科技出版社,2020.2孙俊.结构力学M.重庆:重庆大学出版社,2012.3中华人民共和国住房和城乡建设部,国家市场监督管理总局.建筑隔震设计标准:GB/T 514082021S.北京:中国计划出版社,2021.38