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烈山隔震支座的减震机理和制造工艺分析

双林橡胶  2020/7/30 16:08:10  239
内容摘要:传统的桥梁及建筑抗震设计致力于保证结构本身具有足够的强度、刚度和延性,来达到减轻地震灾害的目的;而隔震支座则利用橡胶特有的弹性和阻尼性能,结构上采取钢板和橡胶叠层的方法,一方面保证了垂直方向具有足够的...

传统的桥梁及建筑抗震设计致力于保证结构本身具有足够的强度、刚度和延性,来达到减轻地震灾害的目的;而隔震支座则利用橡胶特有的弹性和阻尼性能,结构上采取钢板和橡胶叠层的方法,一方面保证了垂直方向具有足够的承载力,而水平方向利用橡胶特有的粘弹性,在地震发生时把地震的能量通过橡胶的阻尼性通过水平位移,延长建筑物的自震周期,从而有效地把地震活动隔开,最终达到减震的目的。

1、基础隔震体系的减震机理及特性

结构基础隔震体系是在上部结构物底部与基础面(或底部柱顶)之间设置隔震层而形成的结构体系。它包括上部结构、隔震装置和下部结构。常用的隔震装置包括夹层橡胶隔震垫和摩擦滑移隔震装置

1.1隔震体系的基本特性

为了达到明显的减震效果,隔震体系必须具备下述四项基本特性:

(1)竖向承载特性。

隔震支座装置应能有效地支承上部结构,即使在隔震装置发生大变形时也能正常工作而不发生失稳破坏。

(2)水平隔震特性。

隔震装置具有合适的水平刚度,以有效地削减地震能量向上部结构的传递,延长整个结构体系的自振周期,达到降低上部结构地震作用的目的。

(3)复位特性。

隔震装置应具有水平弹性恢复力,使隔震结构体系在地震中具有瞬时自动“复位”功能。地震后,上部结构回复至初始状态,满足正常使用要求。

(4)阻尼消能特性。

隔震支座装置具有足够的阻尼,从而具有较大的消能能力。较大的阻尼可使上部结构的位移明显减小。同时,隔震装置应具有可靠稳定的性能指标和满足使用要求的耐久性。

隔震支座

1.2隔震体系的优越性

与传统抗震结构体系相比,隔震体系具有以下优越性:

(1)明显有效地减轻结构的地震反应。

从振动台地震模拟试验结果及已建造的隔震结构在地震中的强震记录得知,隔震体系的上部结构加速度只相当于传统结构(基础固定)加速度反应的1/4 ~ 1/12。

(2)确保结构安全。

在地面剧烈震动时,上部结构仍能处于正常的弹性工作状态,从而可确保上部结构及其内部设施的安全和正常使用。

(3)降低房屋造价。

由于隔震体系的结构承受的地震作用大幅度降低,使上部结构构件和节点的断面、配筋减小,构造及施工简单,从而可节省造价。虽然隔震装置需要增加造价(约5%),但建筑总造价仍可降低。多层隔震房屋比传统抗震房屋节省土建造价:7度区节省1%~ 3%,8度区节省5%~ 12%;9度区节省10%~ 15%,并且抗震安全度大大提高。

(4)抗震措施简单明了。

抗震设计的对象从考虑整个结构物的复杂的、不明确的抗震措施转变为只考虑隔震装置,简单明了,设计施工大大简化。

(5)震后无须修复。

地震后,只对隔震装置进行必要的检查,而无须考虑建筑结构物本身的修复。地震后可很快恢复正常生活或生产。

(6)上部结构的建筑设计限制较小。

由于上部结构地震作用小,从而加大了建筑设计的灵活性。

隔震建筑物已有经过地震检验的实例。在1995年1月17日日本阪神大地震中,地震区有两栋橡胶垫隔震房屋,仪器记录显示,隔震建筑物的加速度反应仅为传统抗震建筑物加速度反应的1/8 ~ 1/4,两栋隔震房屋的结构及内部的装修、设备、仪器丝毫无损,其明显的隔震效果令人惊叹。

2、隔震支座的制造工艺

2.1材料选择的要点

根据隔震支座的使用要求,主体材料选拉伸性能较好的天然橡胶,和阻尼系数较高的丁苯橡胶。在配方的设计上须考虑以下几点:

(1)橡胶材料的伸长率要大,抗撕裂性好;

(2)橡胶与钢板的粘和性要好;

(3)针对厚制品需长时间硫化,橡胶应不发生硫化返原现象;
(4)中孔的铅棒纯度要高,以提高橡胶垫的早期刚度,而在水平位移下,又具有吸收阻尼性能。橡胶材料的基本配方:天然橡胶80;三元乙丙橡胶4050,氧化锌5;硬脂酸1;防老剂5;炭黑30;硫化剂2.1;促进剂0.5;其他4。

2.2产品的制造工艺

隔震橡胶支座的制造工艺是整个研究的重点和难点,它是由多层橡胶与多层钢板叠层组合,经各工艺程序制成的具有很高力学性能要求的产品。由于产品结构复杂,性能要求高,故对工艺的要求特别高,任何一道工序不严谨,就会造成橡胶支座学失稳,从而失去隔震作用。

该产品的工艺难点在于:

(1)产品不能过硫,更不能欠硫;

(2)内部胶层的厚度要均匀;

(3)胶层内部不能有气泡,否则会直接影响和钢板的粘接。

3、支座的安装

隔震橡胶支座隔震工程施工中,支座的安装是一个重要环节。本研究根据自阻尼叠层橡胶支座的结构特点,确定橡胶支座的安装及质量控制的技术要求是:

(1)水平位移的偏差不大于±3mm;

(2)竖向位移的偏差不大于±2mm;

(3)支座的倾斜度不大于2‰。

隔震橡胶支座的安装关键是底联结预埋钢板的就位及固定。为此在不致于有太大投入的前提下,专门设计了用于橡胶支座安装的螺杆式支座安装仪。

随着我国隔震橡胶支座工程应用实践的成功、国家抗震减灾措施的落实、隔震橡胶支座应用技术的进步以及人们抗震意识的提高,隔震橡胶支座的应用将日益广泛,发展前景广阔。

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