近年来，铅芯橡胶支座在隔震结构设计分析中得到了广泛应用。铅芯橡胶支座由铅芯棒、橡胶层、钢板等叠层粘结而成，具有较高的承载力，又具有较大的阻尼，较大的水平位移能力和复位功能，是一种集支承与耗能于一体的隔震装置。本文基于GFE软件对某铅芯橡胶支座隔震结构进行了有限元动力分析。
GFE
项目概况及模型信息
该项目为多层框架结构，含1层地下室，抗震设防烈度为8度(0.20g)。隔震支座采用铅芯橡胶支座LRB800，隔震支座布置及参数设置如下图所示。
图1 隔震支座布置
图2 参数设置
图3 参数设置
从YJK导入结构模型，结构底部采用全约束的边界条件，划分网格后生成有限元分析模型。有限元模型如图4所示。有限元模型节点数量6014，单元数量7883，单元信息如表1所示。
图4 有限元模型
表1 单元信息
在GFE中进行中震弹性分析及大震弹塑性分析时地震作用按整体惯性力输入。中震弹性分析时，地震波幅值函数的峰值加速度200gal，大震弹塑性分析时，地震波幅值函数的峰值加速度400gal，地震作用设置如下图所示。
图5 中震弹性X向地震作用设置
图6 中震弹性Y向地震作用设置
GFE
静力分析及模态分析结果
由于两种软件计算假定存在差别，GFE按照弹性楼板计算，不考虑框架梁刚度放大和连梁刚度折减等因素影响，导致GFE模型各节阶阵型与YJK计算结果存在一定差异。除此之外，GFE和YJK模型质量差异均较小，说明GFE模型与YJK模型具有一致性，动力时程分析模型可靠。GFE与YJK计算的结构自振周期、质量结果对比如表2所示。
表2 结构自振周期、质量结果对比
根据《建筑隔震设计标准》4.6.3条，标准设防类建筑在重力荷载代表值作用下，隔震支座的竖向压应力不应超过限值15Mpa。重力荷载代表值下隔震支座的最大截面力为1537kPa,所以最大压应力为1537/（3.14*0.4^2）=3059.32kPa=3.059MPa, 满足规范要求。
GFE
设防地震分析结果
层间位移角
本项目隔震后中震弹性层间位移角均满足《建筑隔震设计标准》4.5.1条规定的1/500的限制要求。层间位移角结果如下图所示，最大层间位移角对比如表3所示。
图7 X向地震层间位移角
图8 Y向地震层间位移角
表3 最大层间位移角对比
层间剪力及底部剪力比
中震弹性工况下X向地震下底部剪力比为0.28，Y向地震下底部剪力比为0.26，故本结构的底部剪力比为0.28。根据《建筑隔震设计标准》6.1.3第二条，上部结构可按本地区设防烈度降低1度确定抗震措施。层间剪力结果如下图所示，最大层间剪力对比如表4所示。
图9 X向地震层间剪力
图10 Y向地震层间剪力
表4 最大层间剪力对比
滞回曲线
隔震支座滞回曲线结果如下图所示。
图11 X向地震隔震支座滞回曲线
图12 Y向地震隔震支座滞回曲线
结构设计
新《隔标》在承载力抗震设计问题上，将原有的”小震设计“提升至“中震设计”。GFE可通过不同的工况组合生成设计师需要的中震工况下结构模型的CAD配筋图纸。罕遇地震下结构消能子结构位置示意如图13所示。罕遇地震结构设计信息如图14所示。
图13《建筑隔震设计标准》
图14 消结构设计信息
GFE
罕遇地震分析结果
层间位移角
本项目隔震后大震弹塑性层间位移角均满足《建筑隔震设计标准》4.5.1条规定的1/100的限制要求。层间位移角结果如下图所示，最大层间位移角对比如表5所示。
图15 X向地震层间位移角
图16 Y向地震层间位移角
表5 最大层间位移角对比
层间剪力
层间剪力结果如下图所示，最大层间剪力对比如表6所示。
图17 X向地震层间剪力
图18 Y向地震层间剪力
表6 最大层间剪力对比
滞回曲线
隔震支座阻尼器滞回曲线结果如下图所示。
图19 X向地震隔震支座滞回曲线
图20 Y向地震隔震支座滞回曲线
阻尼器验算
罕遇地震下隔震支座设计荷载、设计位移最大值统计结果如表7所示。
GFE大震弹塑性工况下隔震支座的最大水平位移为62.01mm，小于《隔标》4.6.6条所规定的水平位移限制，即min(800*0.55,159.4*3)=440mm，满足规范要求。GFE大震弹塑性工况下隔震支座的最大竖向压应力为3741/(3.14*0.4^2) =7446.26kPa =7.45MPa，未出现拉应力，均小于《隔标》6.2.1条所规定的罕遇地震下的最大竖向压应力与拉应力限值，满足规范要求。
表7 隔震支座设计信息统计结果
混凝土损伤
罕遇地震下结构梁柱损伤结果如下图所示。
图21 隔震后梁柱构件混凝土损伤
图22 隔震前梁柱构件混凝土损伤
GFE
结论
1.采用隔震技术后与采用隔震技术前相比，该结构的最大层间位移角和上部结构剪力均有明显降低，采用隔震技术对降低结构位移响应的效果明显。中震工况及大震工况层间位移角均满足规范要求；
2.设防地震下，隔震支座滞回曲线饱满，起到了充分的滞回耗能作用。本结构的底部剪力比为0.28，根据《建筑隔震设计标准》6.1.3第二条，上部结构可按本地区设防烈度降低1度确定抗震措施；
3.罕遇地震下，消能器滞回曲线十分饱满，起到了充分的滞回耗能作用。隔震支座最大水平位移、压应力及拉应力等指标均满足规范要求；
4.采用隔震技术后与采用隔震技术前相比，出现中度及中度以上损伤的构件数量明显减少, 框架梁柱的损伤情况改善明显。
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公司简介
广州颖力科技有限公司由国家重大人才工程专家李志山博士和曹胜涛博士创建。公司设立在清华珠三角研究院总部的孵化基地，为黄埔开发区的创业英才公司，并入选广州市“红棉计划”。
公司致力于工业和工程领域的高性能有限元分析软件的开发及推广应用，自主研发基于CPU+GPU异构并行计算技术的高性能通用有限元分析软件GFE。在杜修力院士、赵密教授等专家的指导下，公司自主研发了地下结构动力分析软件GFE-SSA，全面支持我国地下结构抗震设计规范。GFE系列软件填补了国内技术的空白，在工业界具有广阔的应用市场前景。
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