ETABS中橡胶支座动力特性分析

王猛 李何潇 孙玥 周兴

摘 要：通过ETABS对实际建筑案例对橡胶支座进行动力特性分析，介绍了地震波的选取的方法和其规范的要求，合理的选出7条地震波，并通过相应计算得到的支座的轴力时程曲线。

关键词：隔震支座;ETABS;地震波;时程曲线

隔震建筑是运用最广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产生了变形，将地震带来的地震作用加速度减小传递给建筑上部结构，提高了上部结构的周期，从而保护了建筑结构。为了分析建筑在罕遇地震下隔震支座的动力特性，本文通过ETABS软件对实例隔震建筑进行隔震分析，为其他项目的隔震分析提供参考。

1  结构概况

此模型通过一栋中学综合楼改造而来，工程位于云南省普洱市，结构形式为框架形式，建筑层数为5层，建筑的高度是18.9m，宽度为16.5m，高宽比为1.1，乙类建筑，抗震设防烈度为8度，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第三组，场地特征周期为0.45s，框架的抗震等级为二级。

2  地震波的选取

对于运用ETBAS进行结构的隔震分析时，选择地震波是非常重要的，其影响着结构的分析结果的可靠性。通常情况下需要考虑场地条件、远近震和结构基本周期对地震波的选择所带来的影响[1]。通常不能选择地震波持续时间较小的波，输入的地震加速度时程曲线的有效持续时间也有规定，一般从首次达到该时程曲线最大峰值的10%那一刻开始，到最后一刻达到最大峰值的10%为止。此次本实例计算所选用的波为7条地震波，其中两条人工波和五条天然波[3]。地震波的详情具体见表1。

所选地震波的时程反应谱曲线与规范反应谱曲线的对比如图1所示。

3  橡胶支座的布置

在ETABS进行隔震分析时，由于橡胶隔震支座的力学特性，为了真实的模拟支座的特性，需要通过Isolator与GAP单元串联来模拟橡胶支座。

此模型支座共用了2个LNR500、14个LRB600、8个LNR600。叠层橡胶支座的参数见表2，其中的竖向刚度是LNR500叠层橡胶支座的Abaqus模型中支座的竖向压力和变形比值得到的，等效水平刚度取的是叠层橡胶支座在剪切变形为250%前的线性刚度，其值为支座水平应变与应力的比值。

隔震支座的布置最重要的是受力均匀，不能出现个别受力过大导致结构地震作用下的倾覆破坏，所以偏心率的计算能很好的知道支座布置是否均匀，一般国外对偏心率的要求为不大于3%，此结构计算所得偏心率最大为1.50%在X方向，具体数据见表3。

原结构三维图如图2，隔震支座的布置，支座位置编号如图3：

4 橡胶支座轴力与位移的关系

罕遇地震作用下在ETABS中通常采用快速非线性分析方法，而通常在用FNA对隔震建筑进行时程分析的时候，软件并没有算上结构的恒荷载和活荷载，此时需要通过时程函数来加载，使用时程函数来定义一个FNA工况，荷载为恒荷载和活荷载，振型阻尼为0.99，其中荷载组合按规定组合。

通过计算可以看出，支座在1.0×恒荷载+1.0×水平地震-0.5×竖向地震组合下和1.0×恒荷载-1.0×水平地震-0.5×竖向地震组合下都有6个支座出现了拉应力，其中最大拉应力分别为21号LNR600支座的0.37MPa和1号LNR500支座0.41MPa，都位于建筑角柱下的隔震支座，以此看出结构的角部和结构的短边容易出现较大拉应力。

也可以计算出罕遇地震下支座出现最大拉应力荷载组合下支座的最大位移，其中支座在X向七条波和Y向七条波的位移平均值最大都为0.340mm，位移最大值分别为0.442mm和0.461mm，最大位移出现在R1（ACC5）波作用下的支座1，其水平位移和轴力对比的时程数据见下图4。

由图4可知支座1在t=12.66S时，出现了最大位移分别为0.438、0.459m，R1-X波作用在t=12.7S时，出现了最大拉力80KN，R1-Y波作用在t=12.72S时，最大拉力6KN，从图中可以看出支座在水平位移到达最大的时候轴力也达到最大。

参考文献：

[1] 胡聿贤. 地震工程学（第2版）[M]. 地震出版社， 2006.

[2] 中华人民共和国国家标准. 建筑抗震设计规范 GB 50011-2010[S]. 北京： 中国建筑工业出版社， 2010.

[3] 王亚勇. 结构时程分析输入地震动准则和输出结果解读[J]. 建筑结构， 2017， 47（11）： 1-6.

[4] 中华人民共和国行业标准. 建筑消能减震结构技术规程 JGJ 297-2013[S]. 北京： 中国建筑工业出版社， 2013.

[5] 燕山， 王伟. 橡胶类超弹性本构模型中材料参数的确定[J]. 橡胶工业， 2014， 61（8）： 453-457.

[6] Mooney M. A theory of large elastic deformation[J]. Journal of Applied Physics， 1940， 11（9）： 582-592.

作者简介：

王猛（1987-）男，山东德州人，硕士研究生，研究方向：工程抗震。

（1.云南开放大学（云南国防工业职业技术学院），云南 昆明650500;2.云南民族大学，云南 昆明650500;3.云南省設计院集团，云南 昆明 650500）