3.1 LNR200-G4型软碰撞防护装置
在12 MPa下,LNR200-G4支座基本性能测试结果见表4,表中1号支座的竖向刚度与水平等效刚度测试值与设计值(见表1)的偏差分别为-7.5%及+22.5%,2号支座的偏差分别为-4.5%及+10.4%.表5为0 MPa下的支座水平等效刚度(γ=±50%～±200%)测试结果,从表中结果可见,支座的水平等效刚度受频率相关性的影响并不明显,水平等效刚度随剪应变的增大而减小; 对比0 MPa(γ±100%)与12 MPa下的水平等效刚度可见,水平等效刚度的变化较小; 从实测结果可见,2号支座的剪切模量低于1号支座.
表4 基本性能测试结果
Tab.4 Test result of basic performance
表5 支座水平等效刚度(0 MPa)
Tab.5 Horizontal equivalent stiffness of bearing(0 MPa)
图4 中空连接钢板损伤(Q235B)
Fig.4 Damage of the hollow connecting steel plate(Q235B)
接着进行装置(1号支座,组合1)的试验,在剪力键外圆面不罩橡胶套的试验中,观察到中空连接钢板侧壁有损伤,见
图4,且在γ=±150%试验过程中,由于剪力键发生松动倾斜后,从中空连接钢板中脱出,未能完成γ=±150%的试验.之后的试验将中空连接钢板拆下,旋转90度,重新与设备上部相连,将剪力键重新敲入上连接板中孔后,在剪力键外圆面罩上橡胶套后进行支座剪应变±50%～±150%的试验,为避免剪力键的再次脱出,γ=±150%的试验只循环1圈,罩橡胶套实测的滞回曲线见
图5.为考察采用Q345B钢材的中空连接钢板,在剪力键外圆面不罩橡胶套的情况下是否会发生损伤,制作了中空连接钢板和剪力键均采用Q345B钢材的试件,中空连接钢板下表面与带剪力键连接板上表面的竖向距离设定为20 mm,对装置(2号支座,组合3)分别进行了罩、不罩橡胶套的试验,剪应变±50%～±200%,试验照片见
图6.
图7为不罩橡胶套工况完成后,中空连接钢板的照片,由
图7可见,即使采用Q345B为基材,碰撞仍然会造成中空连接钢板侧壁的损伤,需要说明的是,该损伤在罩橡胶套的工况时并未出现.
图5 水平力 - 位移滞回曲线(1号支座,组合1,罩橡胶套)
Fig.5 Horizontal force-displacement hysteretic curve (No. 1 bearing, combination 1, cover with rubber bush)
图6 试验照片(2号支座,组合3,罩橡胶套)
Fig.6 Test photo(No.2 bearing, combination 3, cover with rubber bush)
图7 中空连接钢板损伤(Q345B)
Fig.7 Damage of the hollow connecting steel plate(Q345B)
图8为罩橡胶套实测的滞回曲线.为计算弹性软碰撞防护装置水平等效刚度,将左、右侧的滞回曲线分别向右、左平移预留的水平间距,两侧曲线形成整圈的滞回曲线,实测的装置水平等效刚度见
表6,表中,采用1号支座的装置(罩橡胶套,支座剪应变γ=±150%)的试验结果为第1圈结果.
图9为0 MPa下2号支座实测滞回曲线与装置实测(罩、不罩橡胶套)的滞回曲线的对比(γ=±50%～±200%).分析可知,与不罩橡胶套对比,罩橡胶套对水平等效刚度基本无影响; 与0 MPa下测试的支座水平等效刚度相比较,弹性软碰撞防护装置水平等效刚度有所降低,且降低程度随支座部分的剪应变增大而增大,采用2号支座的弹性软碰撞防护装置的水平等效刚度(罩橡胶套),剪应变为±50%、±100%、±150%、±200%,分别降低为89.2%、86.6%、81.8%、76.0%.
图8 水平力 - 位移滞回曲线(2号支座,组合3,罩橡胶套)
Fig.8 Horizontal force-displacement hysteretic curve(No. 2 bearing, combination 3, cover with rubber bush)
表6 装置水平等效刚度
Tab.6 Horizontal equivalent stiffness of device
图9 水平力 - 位移滞回曲线对比(2号支座及装置)
Fig.9 Comparison of horizontal force-displacement hysteretic curve(No. 2 bearing and device)
表7为罩橡胶套时,转角测定结果,表中,采用1号支座的装置(支座剪应变γ=±150%)的试验结果为第1圈结果,
图 10为γ=±200%时,转角与剪应变关系,由
表7及
图 10可见,转角的增大明显大于剪切应变的增大,呈现出非线性增大的趋势;
图 11为γ=±50%～±200%时,支座弯矩与转角关系,由
图 11可见,不同剪应变工况最大弯矩的增大小于最大转角的增大.
表7 转角(1号,2号支座)
Tab.7 Rotation angle(No. 1,No. 2 bearing)
图 10 转角 - 剪应变(2号支座,组合3,罩橡胶套)
Fig.10 Rotation angle-shear strain(No. 2 bearing, combination 3, covered with rubber bush)
图 11 弯矩 - 转角(2号支座,组合3,罩橡胶套)
Fig.11 Moment-rotation angle(No. 2 bearing, combination 3, covered with rubber bush)
3.2 LNR300-G4型软碰撞防护装置
12MPa下,3号支座竖向刚度及水平等效刚度分别为1 279.0 kN·mm-1及0.466 kN·mm-1,与设计值的偏差分别为+0.5%及-0.2%.0 MPa下的3号支座水平等效刚度(γ=±50%～±200%),测试结果见表8.
在之后进行装置(3号支座,组合2)的试验,中空连接钢板下表面与带剪力键连接板上表面的竖向距离设定为20 mm,分别进行了罩、不罩橡胶套的试验,剪应变±50%～±200%,图 12(a)为罩橡胶套实测的滞回曲线.实测的装置水平等效刚度见表8,罩与不罩橡胶套,水平等效刚度差异很小; 与0MPa下测试的支座水平等效刚度相比较,装置的水平等效刚度(罩橡胶套),剪应变为±50%、±100%、±150%、±200%,分别降低为97.0%,96.3%、95.0%、91.9%.转角测定结果见表9,与LNR200-G4型装置的支座顶端转角相比较,相同剪应变,LNR300-G4型装置的支座顶端转角明显变小,转角的增大同样明显大于剪切应变的增大,但应注意到200 mm支座直径较小,会增加内部橡胶硫化时平整度控制难度,这将导致支座剪切变形时转角的增大.
表8 水平等效刚度(3号支座及装置)
Tab.8 Horizontal equivalent stiffness(No. 3 bearing and device)
表9 转角(3号支座)
Tab.9 Rotation angle(No.3 bearing)
表 10 转角对比
Tab.10 Comparison of rotation angle
表 11 水平等效刚度(竖向距离5 mm及2 mm)
Tab.11 Horizontal equivalent stiffness (Vertical distance 5 mm and 2 mm)
分析可见,随支座剪应变的增大而增大的支座顶端转角造成水平等效刚度降低程度增大,因此,考虑将竖向距离降低,以希望通过中空连接钢板与带剪力键连接板发生接触限制转角,从而减轻转角对支座水平刚度的影响,将中空连接钢板下表面与带剪力键连接板上表面的竖向距离分别设定为5 mm及2 mm进行了剪应变为±150%、±200%的试验(罩橡胶套),试验频率分别为0.054 Hz、0.045 Hz.
图 12 水平力 - 位移滞回曲线(3号支座,组合2,罩橡胶套)
Fig.12 Horizontal force-displacement hysteretic curve(No. 3 bearing, combination 2, covered with rubber bush)
试验过程中,当竖向距离为5 mm时,中空连接钢板与带剪力键连接板仅在两端发生接触,实测的滞回曲线见
图 12(b); 当竖向距离为2 mm时,中空连接钢板与带剪力键连接板不仅在两端发生接触,且中空连接钢板下表面与剪力键连接板上表面接触,两块板之间发生明显的错动与抖动,实测的滞回曲线见
图 12(c).由
图 12(b)、
图 12(c)可见,当水平位移小于60 mm,竖向距离为5 mm时,未测到水平力,但竖向距离为2 mm时,测得水平力为中空连接钢板下表面与剪力键连接板上表面之间的摩擦力,20 kN左右,大于支座剪应变50%时的水平力.
图 13(a)、
图 13(b),为竖向距离分别为5 mm及2 mm,转角与设备水平位移关系(剪应变为±150%、±200%),由
图 13(a)、
图 13(b)可见,竖向距离为5 mm时,左、右两侧的转角尚能保持一定的对称,竖向距离为2 mm时,则无对称性可言.
表 10为竖向距离分别为5 mm及2 mm与竖向距离为20 mm比较,最大转角的对比,
表 11为水平等效刚度对比(剪应变为±150%、±200%),从
表 10可见,剪应变±150%工况的最大转角均有所降低,剪应变±200%工况的降低效果明显; 从
表 11可见,与竖向距离20 mm比较,水平等效刚度以略有提高为主,水平等效刚度提高效果不明显的原因,是因为装置水平等效刚度(竖向距离20 mm,罩橡胶套)相对与0 MPa的测试结果降低较少.
图 13 转角 - 水平位移(3号支座,组合2,罩橡胶套)
Fig.13 Rotation angle-horizontal displacement(No. 3 bearing, combination 2, covered with rubber bush)
可见,降低中空连接钢板下表面与带剪力键连接板上表面的竖向距离,虽然对降低转角及提高水平等效刚度有效果,但避免所留竖向距离过近时,中空连接钢板下表面与剪力键连接板上表面大面积接触,两块板之间发生明显的错动与抖动,影响装置正常发挥作用.
3.3 LNR200-G6型软碰撞防护装置
在12 MPa下,4号支座竖向刚度及水平等效刚度分别为836.4 kN·mm-1及0.521 kN·mm-1,与设计值的偏差分别为-3.5%及+14.0%.0 MPa下的4号支座水平等效刚度(γ=±50%～±200%)试验结果见表 12.中空连接钢板下表面与带剪力键连接板上表面的竖向距离设定为20 mm,对装置(4号支座,组合3)分别进行了罩、不罩橡胶套的试验,剪应变±50%～±200%,图 14为罩橡胶套实测的滞回曲线.
图 14 水平力 - 位移滞回曲线(4号支座,组合3,罩橡胶套)
Fig.14 Horizontal force-displacement hysteretic curve(No.4 bearing, combination3, covered with rubber bush)
表 12 水平等效刚度(4号支座及装置)
Tab.12 Horizontal equivalent stiffness (No. 4 bearing and device)
实测的装置水平等效刚度见表 12,可见,与不罩橡胶套对比,罩橡胶套对水平等效刚度影响较小; 与0 MPa下测试的支座水平等效刚度相比较,装置的水平等效刚度(罩橡胶套)有所降低,剪应变为±50%、±100%、±150%、±200%,罩橡胶套,分别降低为95.4%、90.9%、82.6%、75.8%.表 13为罩橡胶套的转角测定结果,与LNR200-G4型装置的2号支座顶端转角相比较,在剪应变为±150%之前,LNR200-G6型装置的支座顶端转角有一定程度降低,随着剪应变的增大,差异逐步减小,当剪应变为±200%时,基本无差异.
表 13 转角(4号支座)
Tab.13 Rotation angle(No.4 bearing)
