橡胶支座压剪试验简化模型及压剪试验方法

本发明属于自动控制，具体涉及一种橡胶支座压剪试验简化模型及压剪试验方法。

背景技术：

1、橡胶支座是大型桥梁等系统中常用隔震部件，其抗震性能直接关系到整个桥梁系统的安全与稳定。因此，在使用橡胶支座前，对橡胶支座进行压剪试验，以获得橡胶支座的抗震性能非常有必要。

2、在橡胶支座压剪试验中，对橡胶支座在垂向进行力控制，水平向进行位移控制，即要求在垂向保持恒压的情况下使橡胶支座在水平向实现高速压剪，以考察橡胶支座在受到顶部常值重力载荷和水平位移联合激励下的抗震性能。

3、然而，在上述现有橡胶支座高速压剪试验过程中，橡胶支座发生水平剪切时会对垂向力产生影响，使垂向力出现较大的幅值波动，远超出10％标准规定范围，从而影响垂向力的加载精度。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种橡胶支座压剪试验简化模型，包括：

2、支架；

3、支撑板，设置于所述支架顶部，底部与所述支架顶点铰接；

4、第一弹性件，一端与所述支架一侧连接，另一端与所述支撑板底部连接；

5、两个滚动元件，间隔设置于所述支撑板顶部；

6、支座，设置于两个所述滚动元件上方，并与两个所述滚动元件抵接；

7、第二弹性件，水平设置于两个所述滚动元件之间，一端与支座连接，另一端与支撑板连接。

8、优选的，所述支座为刚性t型座。

9、优选的，所述支架为三角形支架，所述三角形支架水平放置，所述支撑板底部与三角形支架的一个顶点铰接。

10、优选的，所述第一弹性件和第二弹性件均为弹簧。

11、本发明还提供有一种基于所述橡胶支座压剪试验简化模型的压剪试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

12、获取橡胶支座的尺寸参数及物理参数；

13、对所述支座施加垂向载荷及水平载荷，通过所述垂向载荷、水平载荷并结合橡胶支座的尺寸参数及物理参数构建第一计算模型及第二计算模型，通过第一计算模型及第二计算模型分别获取支座的旋转角度及第二弹性件的变形位移；

14、通过所述支座的旋转角度及第二弹性件的变形位移构建第三计算模型及第四计算模型，通过第三计算模型及第四计算模型分别获取支座的水平位移和垂向附加扰动位移；

15、获取橡胶支座刚度变化的相关参量，根据所述相关参量、尺寸参数、物理参数及支座的水平位移确定支座的垂向刚度；

16、通过垂向附加扰动位移确定垂向总变形位移，通过垂向总变形位移及垂向刚度获取施加于橡胶支座的垂向力。

17、优选的，所述第一计算模型如下：

18、

19、式中，as为等效截面积，gm为剪切模量(pa)，fx为发生水平位移x时对应的载荷力，fz是垂向载荷，feu为欧拉屈曲载荷(n)，其中，as＝abh/tr，ab为橡胶面积(m2)，tr为橡胶支座总的橡胶厚度(m)，其中，as＝abh/tr，ab为橡胶面积(m2)，tr为橡胶支座总的橡胶厚度(m)。

20、优选的，所述第二计算模型如下：

21、

22、式中，as为等效截面积，h为滚动元件的直径与支座的高度的和，tr为橡胶支座总的橡胶厚度(m)，gm为剪切模量(pa)，fx为发生水平位移x时对应的载荷力，fz是垂向载荷，feu为欧拉屈曲载荷(n)，其中，as＝abh/tr，ab为橡胶面积(m2)，tr为橡胶支座总的橡胶厚度(m)。

23、优选的，所述第三计算模型及第四计算模型如下：

24、

25、式中，s为第二弹性件的变形位移，θ为支座的旋转角度，h为滚动元件的直径与支座的高度之和。

26、优选的，所述支座的垂向刚度的计算公式为：

27、

28、其中，

29、

30、式中，z为垂向总变形位移，fz是垂向载荷，a为橡胶支座刚度变化的相关参量，x为橡胶支座的水平位移，ec为橡胶压缩模量(pa)，ab为橡胶面积(m2)，iz为惯性矩(m4)，tr为橡胶支座总的橡胶厚度(m)，gm为剪切模量(pa)，as为等效截面积，kz0为初始垂向刚度，即无水平位移时的垂向刚度。

31、优选的，橡胶支座的尺寸参数及物理参数包括：橡胶面积、橡胶支座总的橡胶厚度、剪切模量及欧拉屈曲载荷。

32、本发明提供的橡胶支座压剪试验简化模型具有以下有益效果：

33、本发明基于橡胶支座压剪试验简化模型能够获取支座的水平位移和垂向附加扰动位移；通过水平位移能够推导出垂向刚度，从而可以实时算出水平位移对垂向刚度的影响；通过垂向附加扰动位移能够确定垂向总变形位移，通过垂向总变形位移及垂向刚度能够确定施加于支座的垂向力的大小，从而补偿了垂向刚度变化引起的垂向附加扰动位移，从而提高橡胶支座在压剪工况下的加载精度。

技术特征：

1.一种橡胶支座压剪试验简化模型，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的橡胶支座压剪试验简化模型，其特征在于，所述支座(5)为刚性t型座。

3.根据权利要求1所述的橡胶支座压剪试验简化模型，其特征在于，所述支架(1)为三角形支架(1)，所述三角形支架(1)水平放置，所述支撑板(2)底部与三角形支架(1)的一个顶点铰接。

4.根据权利要求1所述的橡胶支座压剪试验简化模型，其特征在于，所述第一弹性件(3)和第二弹性件(6)均为弹簧。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述橡胶支座压剪试验简化模型的压剪试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的压剪试验方法，其特征在于，所述第一计算模型如下：

7.根据权利要求6所述的压剪试验方法，其特征在于，所述第二计算模型如下：

8.根据权利要求7所述的压剪试验方法，其特征在于，所述第三计算模型及第四计算模型如下：

9.根据权利要求8所述的压剪试验方法，其特征在于，所述支座(5)的垂向刚度的计算公式为：

10.根据权利要求5所述的压剪试验方法，其特征在于，橡胶支座的尺寸参数及物理参数包括：橡胶面积、橡胶支座总的橡胶厚度、剪切模量及欧拉屈曲载荷。

技术总结本发明提供了一种橡胶支座压剪试验简化模型及压剪试验方法，属于自动控制技术领域，支撑板设置于支架顶部，底部与支架铰接；第一弹性件一端与支架一侧连接，另一端与支撑板底部连接；两个滚动元件设置于支撑板顶部；支座与两个滚动元件抵接；第二弹性件一端与支座连接，另一端与支架连接。压剪试验方法包括如下步骤：对支座施加垂向载荷及水平载荷以确定支座的旋转角度及第二弹性件的变形位移，进而确定水平位移和垂向附加扰动位移；获取橡胶支座刚度变化的相关参量及水平位移确定垂向刚度，从而确定垂向总变形位移，通过垂向总变形位移及垂向刚度获取施加的垂向力。本发明提高支座试件在压剪工况下的加载精度。技术研发人员：曲智勇受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2