Ильнур Раэлевич Гизятуллин, заместитель руководителя отдела исследований сейсмостойкости сооружений; академический советник Российской Инженерной Академии
2-я Институтская ул., д. 6, г. Москва, 109428
Ilnur R. Giziatullin, Deputy Head of the Department for Seismic Resistance Research of Structures; Academic Advisor of the Russian Engineering Academy
2nd Institutskaya str., 6, Moscow, 109428
Введение. Изменение физико-механических характеристик резинометаллических опор в процессе эксплуатации является одним из определяющих факторов, влияющих на эффективность и долговременную работоспособность систем сейсмоизоляции зданий.
Цель. В этой связи актуальной научной задачей является разработка аналитически обоснованных зависимостей на основе экспериментальных данных старения, обеспечивающих количественную оценку изменения модуля сдвига резинометаллических опор в течение расчетного срока их эксплуатации.
Материалы и методы. На основе экспериментальных данных ускоренного термического старения резинометаллических опор и принципа температурно-временной суперпозиции по модели Аррениуса, для каждого эквивалентного срока эксплуатации опор определен модуль сдвига. После чего проведена аналитическая обработка экспериментальных данных с построением аппроксимирующей зависимости изменения относительного модуля сдвига во времени. Параметры зависимости идентифицированы методами нелинейной регрессии с последующей статистической оценкой качества аппроксимации.
Результаты. Установлено, что изменение модуля сдвига резинометаллических опор в процессе старения представляет собой нелинейный процесс, который может быть описан монотонной экспоненциальной зависимостью асимптотического типа, отражающей кинетику изменения механических свойств эластомерного материала, характеризующуюся интенсивным ростом модуля сдвига на начальной стадии старения и последующим переходом к режиму замедленного изменения по мере исчерпания активных термоокислительных процессов. Показано, что к эквивалентному сроку эксплуатации 50 лет модуль сдвига увеличивается более чем на 28 % по сравнению с исходным состоянием. Полученная аналитическая аппроксимирующая зависимость характеризуется высокими значениями коэффициента детерминации и малыми значениями статистических ошибок, что подтверждает корректность выбранного аналитического представления экспериментальных данных.
Выводы. Предложен подход к построению аналитических аппроксимирующих зависимостей изменения модуля сдвига резинометаллических опор на основе ограниченного набора экспериментальных данных, полученных при ускоренном старении опор. Реализация данного подхода обеспечивает возможность количественной оценки изменения модуля сдвига в процессе эксплуатации резинометаллических опор и может быть использована при анализе долговременной эффективности систем сейсмоизоляции, а также при оценке технического состояния и прогнозировании остаточного ресурса резинометаллических опор.
Introduction. Changes in the physical and mechanical properties of rubber bearings during service life represent one of the key factors affecting the efficiency and long-term performance of building seismic isolation systems.
Aim. In this context, the development of analytically justified relationships based on experimental aging data, enabling quantitative assessment of shear modulus variation over the design service life of rubber bearings, constitutes an important scientific task.
Materials and Methods. Based on experimental data obtained from accelerated thermal aging tests of rubber bearings and the time–temperature superposition principle according to the Arrhenius model, the shear modulus was determined for each equivalent service life. The experimental results were subsequently subjected to analytical processing, and an approximating function describing the evolution of the relative shear modulus over time was derived. The parameters of the proposed function were identified using nonlinear regression techniques, followed by statistical evaluation of the goodness-of-fit.
Results. It was established that the variation of the shear modulus of rubber bearings during aging represents a nonlinear process that can be described by a monotonic exponential function of asymptotic type. This function reflects the kinetics of elastomer degradation, characterized by an intensive increase in shear modulus at the initial stage of aging, followed by a transition to a regime of gradual change as thermo-oxidative processes become depleted. The analysis shows that, for an equivalent service life of 50 years, the shear modulus increases by more than 28 % compared to its initial value. The obtained analytical approximation demonstrates a high coefficient of determination and low statistical error values, confirming the adequacy of the selected analytical representation of the experimental data.
Conclusions. An approach to constructing analytical approximating functions describing the evolution of the shear modulus of rubber bearings based on a limited set of accelerated aging test data is proposed. The implementation of this approach enables quantitative assessment of shear modulus variation during service life and may be applied in the evaluation of the long-term performance of seismic isolation systems, as well as in technical condition assessment and residual service life prediction of rubber bearings.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.