叠层橡胶支座串联隔震体系抗火性能研究

第2 5卷增刊21 0 0年 1 O月

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Vo_ 5 No S 12 . OOc . 01 t2 0

J OURNAL OF CAT TROP AS HOL OGY

叠层橡胶支座串联隔震体系抗火性能研究杜永峰，李慧，寇巍巍 ,寇佳亮( .兰州理工大学防震减灾研究所，甘肃兰州 1 705 3 00;

2 .兰州理 l大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心，甘肃兰州丁

7 05 ) 3 0 0

摘

要：对叠层橡胶隔震支座在高温作用下的温度场进行数值模拟，利用小模型试件进行温度传导及温度场分

布试验。在叠层橡胶隔震支座经历 4 0的高温作用后，将隔震支座模型试件与钢筋混凝土柱串联，并对串联隔 2℃震体系的力学性能进行压剪往复试验。结果表明，叠层橡胶隔震支座在高温作用下的性能退化相当明显，承载状态下的橡胶隔震支座在稍高的温度作用下就开始发生畸变。这表明在实际l中对叠层橡胶隔震支座采取防 T程火保护措施对保证隔震结构承载力安全非常重要。 关键词：火灾性能；隔震；串联隔震；温度场中图分类号：U 4 . 6 4 33 1文献标识码：A 文章编号：10 0 0—8 1 2 1 )O一 27— 5 1X(0 0 S 0 0 0

橡胶支座进行耐火性能试验，燃烧初期及中期 (前

0引言 火灾是给人们生命财产造成巨大危害的一种频发灾害。据统计，我国 1 8 9 0年代平均火灾直接经济损失为 3 2亿元，19 . 9 0年代损失为 l 0亿元，进人 2 1世纪，火灾损失更为严重。近期发生

4 i) 0m n,两种类型的支座温度变化相近，但燃烧后期，铅芯隔震支座温度变化明显增加。燃烧后

测试支座的竖向刚度及水平刚度同时降低，变化率接近 1%,竖向极限压应力仍有一定的承载力， 0

不会使结构立即倒塌，原因是支座外部约 1 0~2 t左右的橡胶覆盖层，燃烧时形成的碳化层具 0 mT l有较好的热阻性能，阻止支座进一步燃烧。

在世界范围内的几场大火，比如俄罗斯大火，更是再一次警人们，无论是人为因素引起的火灾， 还是自然因素引起的火灾，如对其

发生和发展规律认识上的缺乏，都可能演变为较大的人为灾难。 有关火灾对结构失效的作用过程和机理的研究，在 18 9 0年以来是国内外的热门研究议题，这些研究内容涉及到火灾过程中构件温度发展过程、构

本文作者对叠层橡胶隔震支座在高温作用下的温度场进行数值模拟，利用小模型试件进行温

度传导及温度场分布试验，并对叠层橡胶支座串联隔震体系在经历高温作用后的力学性能进行压剪往复试验。本文介绍利用有限元软件进行数值模拟和模型试验的主要结果，就实际工程中对叠层橡胶隔震支座所能采取的防火保护措施提出了建议构造。

件内部温度场、高温下与高温后钢、钢筋和混凝土的力学性能及热工特性、构件与结构在高温下的反应、构件与结构的抗火设计方法、火灾后构

件与结构的损伤评估及修复等泛围很广的热点问题。。随着隔震结构的大量应用，有关叠层橡胶

1建筑结构火灾热传导基本理论 1 1火灾热传导基本方程 .

支座隔震结构耐火能力及火灾后力学性能的问题逐渐变得越来越重要。众所周知，橡胶材料受到高温作用会软化，瞬时强度和刚度损失相当明显， 而叠层橡胶隔震支座在高温作用下也会因为钢板

在直角坐标系 (,Y ),根据能量守恒原，中理，有下列关于三维介质中热传导的一般方程：

和橡胶之间的粘结被破坏而导致强度和稳定性失效。周福霖等人对普通叠层橡胶支座和铅芯叠层￥收稿日期：2 l O O一0 9—2 5

(+)=O+誓+ pT Q c,

㈩

式中：Q为单位体积增加的热量；p为质量密度；

基金项月：国家然科学基金 ( 07 0 7;甘肃省科技支撑计划 (9 5 7 88 ) 0 0一G C 00) K A4

作者简介：杜永峰( 9 2一) 16,男，甘肃正宁人，博士，教授、博导，主要从事结构抗震与减震控制研究 . - i:d of u.n Ema l oy@ltc

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C比热；T为温度；t时间；q,q为为 和 q热 是流矢量的分量 (位面积上的热流

量 )单。在实际应

函数，其以热对流或热辐射的形式与周围环境进行热交换，在 S上

用中，通常将 p c的乘积看做材料的一个性能，即体积比热。对于叠层橡胶隔震支座之类的层状复合材料，在用数值方法对热传导问题进行研究时发现在不同方向存在一定的差距，它们的力学性能与温度有关，应考虑其各向异性特征。对于各

gn qn+qn=h— ) + y z: ( 。

() 7

上述 n,n 和 n分别是边界 S,.线的 , s法

方向余弦。S,S,S 2和 s同构成了固体边界 共 s。式 ( )中，h为热传递系数，通常由两部分 7组成h=h+h,,

向异性固体，有OT一

() 8

O+k T OT

￣,

式中：h自然对流传热系数；h为热辐射传热 为 系数。

(; yOTg=一

,

+￣ k ky￣, 2+/ 2 S, T

( 13 2 . )

不同表面介质热传递系数

固体表面与周围空气之间自然对流热传递系当固体表面垂直时

吼=一

(++ ) 。

数可由如下经验公式计算：

方程 ( ) (是热传导的基本方程，其中 k 1和 2), (,=1,3 i ,2 )是热传导张量的分量，该张量是对称的。方程 ( )端项代表由于热流和内部热源 2左产生热量造成的增加能量速率的和，右端是储存能量速率。要求解上述热传导方程的解，必须给

h= . 1—T。 133 I o h= .2 l一 15 1 。

() 9 (0 1)为周围空气温 …… 此处隐藏：6453字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……