2.1 应变
支座基准应变选取100%或175%(橡胶支座 第2部分:桥梁隔震橡胶支座,GB 20688.2—2006)。G1.0-SHDR300300被选取。
图3给出了SHDR支座屈服后刚度Kd、屈服强度Qd 、单圈滞回环面积W、水平等效刚度Kh、等效阻尼比Heq在2种不同应变下的温度相关性变化规律曲线。图中竖坐标轴为不同温度下基本性能值与23 ℃下性能值的比值,横坐标轴为试验温度与23 ℃的相对差值。图4a给出了一典型温度40 ℃时不同应变第3圈滞回曲线。
从图3a,b来看,在2种应变下的Kd,Qd在高于0 ℃时,应变对支座的这2个参数的影响程度基本相同,即影响有限,但在低于0 ℃时,应变对其的影响呈现相反的规律:对于Kd,应变为175%时,其性能相对基准温度时性能变化小,而100%
图3 SHDR支座水平力学性能在不同应变时的温度相关性
Fig.3 The temperature dependency of shear property of SHDR with different shear strain
应变时,其性能相对基准温度时性能变化较大,且随温度的降低呈增大的趋势; 但对于Qd而言,应变在低温时却正好呈现相反的影响变化规律趋势。对比分析图3b,c发现,其呈现相同的变化规律,其原因在于这两个参数都主要反映SHDR的耗能大小。从图3d来看,应变对SHDR的Kh的影响在整个温度变化区间有限,在2种应变状态下显示出非常相近的变化规律,可以认为应变对Kh的温度影响的变化规律基本无影响。但从3e来看,应变对SHDR的Heq比温度相关性除了在高温状态下影响较小外,在其他大部分温度区间的影响相对较大; 如应变为100%时,随温度的降低,力学性能基本变化不大,而175%应变时,随温度的降低,支座Heq比呈现线性逐渐增加的变化趋势。
图4 不同典型温度不同影响因素下第3圈滞回曲线
Fig.4 The 3rd hysteresis loop at different temperature with different influence factor
2.2 压应力
在水平和竖向地震作用下,支座会产生附加压力或拉力,施加在支座上的竖向应力将发生变化,在不同竖向压应力时,支座的温度相关性可能有所不同。G0.8-SHDR300300被选取,试验压应力分别采用6 MPa和12 MPa。
图5给出了SHDR支座Kd,Qd,W, Kh, Heq在2种不同竖向压应力下的温度相关性变化规律曲线。图4b给出了一典型温度23 ℃时不同压力下第3圈滞回曲线。
图5 SHDR在不同竖向压力下的温度相关性
Fig.5 The temperature dependency of shear property of SHDR under different vertical pressure
从图5可以看出,除极个别温度点(如Kd=-20 ℃,Kh=-10 ℃)的两种竖向压应力下温度相关性相对基准温度下的比值有所差别外(前者误差约20%左右,后者约25%左右),其它测试点,两种竖向压力下的SHDR各水平性能温度相关性整体上差别很小,呈现近似相同的情况。整体试验结果表明,竖向压力的不同对SHDR支座水平性能温度相关性影响有限。
2.3 频率
原型隔震桥梁频率为0.25～0.33 Hz(即隔震周期约3～4 s),但原型隔震支座一般尺寸比较大,在试验时实现上述频率的试验具有一定的困难,一般会采用稍低的频率进行试验,如0.05～0.01 Hz等,本节选取2个典型频率0.25 Hz和0.05 Hz作为研究加载频率对SHDR温度相关性的影响因子。G1.0-SHDR300300被选取。
图6给出了SHDR支座Kd,Qd,W, Kh, Heq在不同加载频率情况下的温度相关性变化规律。图4c给出了一典型温度即-10℃时不同频率时第3圈滞回曲线。
从图6来看,2个加载频率下的SHDR各水平性能温度相关性部分指标在-20 ℃和-10 ℃时略有差异,Kd在这2个温度值时各自相对误差约为12%左右; Qd在-10 ℃时约为20%,在-20 ℃时约为13%,W与Qd相近; 而Kh在-10 ℃时约为20%; Heq在-10 ℃约20%,在-20 ℃时约为10%。整体上讲,各个参数在-10 ℃时差异稍大,忽略个别点的影响,可以基本认为加载频率对SHDR的温度相关变化规律影响不大。
2.4 内部橡胶G值
在桥梁隔震项目中,为防止变形过大,一般采用支座剪切模量比较大的隔震橡胶支座,从目前桥梁隔震使用支座来看,大部分支座内部橡胶G值均大于0.8 MPa,部分支座甚至达到2 MPa。本文选取3种不同的G值,即0.8,1.0及1.2 MPa,作为G值对SHDR温度相关性的影响因子。各支座内部构造完全相同。试验时压力均为6 MPa,水平剪应变均为100%,水平加载频率均为0.25 Hz。
图7给出了SHDR支座Kd,Qd,W,Kh, Heq在3种不同橡胶G值下的温度相关性变化规律。图4c给出了一典型温度10 ℃时不同G值第3圈滞回曲线。
图6 SHDR在不同加载频率下的温度相关性
Fig.6 The temperature dependency of shear property of SHDR with different frequency of work
图7 不同内部橡胶G值时SHDR温度相关性
Fig.7 The temperature dependency of shear property of SHDR with different G value
从图7可以看出,3种G值的SHDR各水平性能温度相关性在极个别测试点有少量的差异外,如Kd在G1.2,-20℃,Kh在G0.8,-10℃,G1.2,-20℃时,其最大误差约为15%,如忽略上述个别差异,可以认为内部橡胶G值对SHDR的温度相关性影响很小。
2.5 加载顺序
《橡胶支座 第1部分:隔震橡胶支座试验方法》(GB/T 20688.1—2007)中,支座温度相关性的试验加载顺序推荐为从低温到高温逐渐增加,如采用温度逐渐减少的加载顺序,对支座的温度相关性的规律影响如何?为研究其影响,试验时加载顺序分别采用了温度递增和递减的顺序。G1.0-SHDR300300被选取。
图8给出了SHDR支座Kd,Qd,W,Kh, Heq在不同温度加载顺序时的温度相关性变化规律。图4e给出了一典型温度0 ℃时不同加载顺序支座第3圈滞回曲线。
图8 不同加载顺序下SHDR温度相关性
Fig.8 The temperature dependency of shear property of SHDR with different sequence of loading
由图8可以看出,除个别低温点(如-20 ℃和-10 ℃)对支座Kd,Qd及W略有影响外,不同温度加载顺序对支座水平性能Kh和Heq的温度相关性影响较小。
