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滚轴与橡胶垫隔震结构震动台试验及性能解析

一、引言

1.1研究背景与意义

地震，作为一种极具破坏力的自然灾害，常常给人类社会带来沉重的灾难。强烈的地震不仅会导致建筑物的倒塌、基础设施的损毁，还会造成大量的人员伤亡和财产损失，对社会的稳定和经济的发展产生深远的负面影响。例如，2008年的汶川地震，震级高达8.0级，造成了近7万人遇难，大量房屋倒塌，经济损失数以千亿计。2011年日本发生的东日本大地震，引发了巨大的海啸，导致福岛核电站事故，不仅造成了严重的人员伤亡和财产损失，还对全球的能源和环境产生了深远的影响。这些惨痛的教训让人们深刻认识到建筑抗震的重要性，它不仅关系到人们的生命安全，也是社会稳定和经济可持续发展的重要保障。

随着建筑技术的不断进步和人们对建筑安全性要求的提高，隔震技术作为一种有效的抗震手段，在工程领域得到了越来越广泛的应用。其中，滚轴与橡胶垫隔震结构因其独特的工作原理和良好的隔震效果，受到了众多研究者和工程师的关注。这种隔震结构结合了滚轴的滑动特性和橡胶垫的弹性变形特性，能够有效地隔离地震能量，减少地震对建筑物的影响。在建筑物整体平移工程中，滚轴被广泛应用于上部结构与基础的隔离，就位后滚轴可继续用作隔震器。然而，滚轴隔振器自身存在一定的局限性，它不具备自动复位能力。为了弥补这一不足，将橡胶垫与滚轴相结合，共同承担竖向荷载并在地震时发挥隔震作用，橡胶垫支座能够提供恢复力，使结构在地震后能够恢复到初始位置，从而提高了结构的抗震性能和安全性。

在工程减震控制领域，滚轴与橡胶垫隔震结构占据着重要的地位。它为建筑物的抗震设计提供了一种新的思路和方法，能够有效地降低地震对建筑物的破坏程度，提高建筑物的抗震能力。通过合理设计滚轴与橡胶垫隔震结构，可以使建筑物在地震中保持较好的完整性，减少人员伤亡和财产损失。对滚轴与橡胶垫隔震结构进行深入研究，不仅有助于进一步完善隔震技术的理论体系，还能够为实际工程应用提供更可靠的技术支持和指导。通过振动台试验，可以模拟真实地震情况下隔震结构的反应，获取关键数据，深入了解其隔震性能和工作机理，为优化设计和工程应用提供科学依据，具有重要的理论意义和实际应用价值。

1.2国内外研究现状

基础隔震作为工程减震控制领域中成熟且有效的技术措施，在全球范围内得到了广泛应用。目前，国际上已建成数百座隔震建筑，我国也有数十座隔震房屋投入使用。这些隔震建筑所采用的隔震器种类繁多，包括砂垫层、滑移块、夹层橡胶垫、铅芯橡胶垫、无粘结叠层橡胶垫、石墨砂浆层钢棒以及橡胶垫加消能器等，并且不少隔震房屋在大地震中经受住了考验，展现出良好的隔震效果。

在滚轴与橡胶垫隔震结构的研究方面，国内外学者已开展了一系列有价值的工作。一些研究通过理论分析，深入探讨了该隔震结构的工作原理和力学性能。理论研究表明，滚轴能够提供水平方向的滑动能力，使结构在地震作用下产生水平位移，从而延长结构的自振周期，降低地震力的输入；橡胶垫则凭借其良好的弹性和耗能特性，不仅能够承担竖向荷载，还能在地震时耗散能量，提供一定的恢复力，使结构在地震后尽量恢复到初始位置。二者的协同工作，使得隔震结构在地震中的表现优于传统结构。

数值模拟也是研究滚轴与橡胶垫隔震结构的重要手段。学者们利用有限元分析软件，如ANSYS、ABAQUS等，建立了详细的隔震结构模型，模拟不同地震波作用下结构的动力响应，包括加速度、位移、应力等参数的变化情况。通过数值模拟，可以直观地观察隔震结构在地震中的力学行为，深入分析各种因素对隔震效果的影响，如滚轴的直径、橡胶垫的刚度和阻尼、结构的质量和刚度分布等。数值模拟结果为隔震结构的设计和优化提供了重要的参考依据。

部分学者针对滚轴与橡胶垫隔震结构进行了振动台试验研究。通过在振动台上安装缩尺比例的隔震结构模型，输入不同强度和频谱特性的地震波，测量模型在地震作用下的响应，包括加速度、位移、应变等数据。试验研究能够真实地反映隔震结构在地震中的实际表现，验证理论分析和数值模拟的结果，为进一步改进和完善隔震技术提供了直接的实验数据支持。例如，有研究通过振动台试验，对比了隔震前后结构的加速度反应，结果表明隔震后结构的加速度反应明显降低，隔震效果显著；还有研究分析了橡胶垫的滞回特性，发现沿滚轴滚动方向的隔震效果优于沿滚轴滑动方向。

然而，目前的研究仍存在一些不足之处。在理论分析方面，虽然已经建立了一些力学模型来描述滚轴与橡胶垫隔震结构的工作机理，但这些模型往往对实际结构进行了一定程度的简化，难以全面准确地反映结构在复杂地震作用下的非线性行为。例如，在考虑橡胶垫的非线性本构关系时，现有的模型可能无法精确描述其在大变形下的力学性能变化，导致理论分析结果与实际情况存在一定偏差。

数值模拟虽然能够对隔震结构进行较为全面的分析，但模型的准确性依赖于