天然橡胶支座大变形压剪性能的双非线性超弹性理论和实验研究

基于非线性固体力学已经形成与材料微观结构紧密结合的发展局面,该文从微观上橡胶的超弹性本构方程出发,推导出单层橡胶内任一点的竖向应力满足调和函数,进一步对竖向应力积分得到单层橡胶的单轴等效弹性模量Ec与纯弯等效弯曲刚度EcIs.将隔震橡胶支座等效为符合Ec与Ec Is的均质体,建立橡胶支座在两种外部荷载同时作用下,能宏观反映剪切变形与弯曲程度的偏微分平衡方程,并得到通用解答,解决了橡胶支座竖向与水平两种荷载耦合作用时大剪切变形的几何非线性问题.在此基础上,开展了足尺隔震橡胶支座压剪实验,依据实验剪切模量G和水平剪应变γ曲线,得到的支座水平推力FH和γ的实验曲线与理论曲线几乎完全重叠,即通过将材料非线性引入以上微分平衡方程,实现了超弹性橡胶支座大剪切变形的双非线性问题.通过以上解答,得到了隔震橡胶支座内力分布规律,对判断支座薄弱部位有明确的指导意义.随后,对隔震橡胶支座比较重要的两个特性(剪应变相关性,轴压力相关性)进行了对比分析,结果表明:随着轴力增大,橡胶支座的P-Δ效应并不明显,而橡胶内应力的变化不可忽视,同时,剪应变越大,压力相关性越强.可以采用该文的理论方法,通过传感器监测到支座内部应力反演支座水平推力与位移,从而实现地震作用时隔震建筑的健康监测.