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模拟橡胶隔震支座拉压刚度不一致
创建者：曾亚，编辑者：曾亚，最近更新：2018/03/28 16:40:39
问题描述：
请问，软件中如何模拟隔震支座轴向刚度拉压不一致的情况？
解答：
依据目前大多数隔震工程经验，橡胶隔震支座抗拉刚度一般取为抗压刚度1/10，或由生产厂家提供具体参数。故存在轴向的抗拉刚度和抗压刚度不一致的情况。
橡胶隔震器（Rubber Isolator）属性定义中，支座轴向（U1）刚度是在线性属性中输入的有效刚度值（如图1），在分析过程中支座拉、压刚度均采用有效刚度值进行计算。这种方式，适用于模拟支座拉、压刚度相同的情况。
图1 隔震器轴向刚度
当支座存在轴向的抗拉刚度和抗压刚度不一致的情况时，可采用缝（gap）单元并联隔震器的方式模拟。缝（gap）单元也称为单压单元，程序中用户可对每一变形自由度指定独立的单压属性。
图2 缝单元示意图
缝单元的非线性力-变形关系如下：
其中，
k —弹簧刚度；
d — 单元两端节点相对位移（受拉为正值，受压为负值）；
open —用户设置的初始缝间隙（必须为零或正值）。
缝单元在初始间隙闭合后开始受压，且不承受任何拉力。若将open值为 0，则代表缝单元完全等效为只受压单元。故利用缝单元的特性，将之与隔震支座单元并联共同工作，来等效隔震支座轴向拉压刚度不一致的情况。
以型号为LRB500铅芯橡胶支座为例，支座轴向抗压刚度为2400000kN/m，按前述工程经验取抗拉刚度为抗压刚度1/10即 240000kN/m 。下面，详细说明程序中参数填写的方法。
将隔震支座单元的U1方向的有效刚度设为抗拉刚度240000kN/m（如图3）。
图3 修改隔震单元轴向刚度
图4 定义缝单元参数
Gap单元只考虑其轴向（即U1方向）属性。勾选方向U1，并勾选U1方向的非线性选项。单元间隙值（open）设为 0，刚度（线性和非线性）均设为 2400000kN/m-240000kN/m=2160000kN/m。
通过上述等效方式模拟，两个单元并联后的刚度表现如下：
抗拉刚度=240000 kN/m（隔震支座单元）+ 0 kN/m（缝单元） = 240000kN/m
抗压刚度=240000kN/m（隔震支座单元）+ 2160000kN/m（缝单元）= 2400000kN/m
注意，隔震支座单元的有效刚度与缝单元的有效刚度之和等于支座抗压刚度。
图5 绘制缝单元
最后，连接隔震支座两端节点绘制并联的缝（gap）单元，如图5。按下Ctrl键鼠标点击支座位置，弹出对话框中显示同一位置存在两个连接单元。