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    望花建筑隔震橡胶支座

    2020/4/16 10:09:02  5416
    内容摘要:一、望花建筑隔震橡胶支座的隔震基本原理建筑隔震橡胶支座隔震的基本原理是通过增设橡胶隔震橡胶支座,使整个建筑的自振周期得以延长,以减轻上部结构的地震反应。一般做法是在建筑物底部设计一层隔震层,在隔震层设置橡...
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    一、望花建筑隔震橡胶支座的隔震基本原理

    建筑隔震橡胶支座隔震的基本原理是通过增设橡胶隔震橡胶支座,使整个建筑的自振周期得以延长,以减轻上部结构的地震反应。一般做法是在建筑物底部设计一层隔震层,在隔震层设置橡胶隔震橡胶支座,利用橡胶隔震橡胶支座的水平柔性形成一道柔性隔震层,通过柔性隔震层吸收和耗散地震能量,阻止并减轻地震能量向上部结构的传递,最终达到减轻上部结构地震破坏的目的。这种隔震技术不仅可以保证结构的整体安全,并且能够防止非结构部件的破坏,避免建筑物内部装修、室内设备的损坏以及由此引起的次生灾害。

    二、建筑隔震橡胶支座产品的基本结构

    隔震橡胶支座是隔震建筑的关键部件,其性能好坏直接关系到隔震建筑的隔震效果及隔震建筑的安全性。目前在基础隔震技术上所用到的建筑隔震橡胶支座主要有三种类型:普通天然橡胶隔震橡胶支座、高阻尼橡胶隔震橡胶支座和铅芯橡胶隔震橡胶支座,建筑隔震橡胶支座由多层橡胶和多层钢板交替叠置硫化而成,其形状大多是圆柱型,图2为一种铅芯隔震橡胶支座的结构示意图。图3是笔者公司所生产一种铅芯隔震橡胶支座实物照片。目前工程上使用的建筑隔震橡胶支座的基本特征是:橡胶隔震橡胶支座内分层设置的薄钢板对橡胶超约束作用,使建筑隔震橡胶支座支座具有很高的竖向承载能力,能够在正常使用状态下和地震时承受建筑物的荷重,而不产生过大的变形。此外,由于薄钢板的设置方式基本上不影响建筑隔震橡胶支座的水平柔性,使橡胶隔震橡胶支座的水平刚度较小,从而使得整个地震体系的自振周期得以延长,达到减震隔震的目的。一般情况下,建筑隔震橡胶支座的水平刚度和竖向刚度数值相差约几百到千倍。

    三、建筑隔震橡胶支座的基本特性

    经过行业内多年的研究和试验积累,目前行业内对建筑隔震橡胶支座有了一个较为全面的认识和了解,建筑隔震橡胶支座主要有以下几个基本特性:

    1、竖向变形特性

    建筑隔震橡胶支座只承受竖向纯压缩载荷时,竖向载荷-位移曲线显示出弹簧特性,在设计面压载荷范围内近似为线性关系。普通橡胶隔震橡胶支座、高阻尼橡胶隔震橡胶支座、铅芯橡胶隔震橡胶支座的竖向变形特性基本一致,铅芯橡胶隔震橡胶支座竖向加载时,铅芯基本不承受竖向压力。

    2、水平变形特性

    普通橡胶隔震橡胶支座当设计竖向压力恒定时,水平载荷-位移曲线接近线性,滞回曲线的等价阻尼比约为1%~3%。对于铅芯橡胶隔震橡胶支座,当设计竖向压力恒定时,水平载荷-位移滞回曲线轮廓呈菱形,滞回曲线的等效刚度随水平位移增大而降低,等价阻尼比则趋于常数,可达20%以上,吸收的能量转化为热能,铅棒的温度会有一定升高。对于高阻尼橡胶隔震橡胶支座,水平载荷-位移滞回曲线轮廓呈梭形,等价刚度随着水平位移的增加而逐渐减小,在变形较大的区域内,等价阻尼比表现为定值,通常可达到l0~20%。

    建筑隔震橡胶支座

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    3、拉伸性能

    在地震时,工程结构物或建筑物可能会产生较大摇摆,建筑隔震橡胶支座就会产生较大的水平剪切变形,某些橡胶支座的横断面可能就会产生拉应力。所以建筑隔震橡胶支座必须具有一定的受拉承载能力,才能确保建筑结构物在地震的多维地面运动综合作用下,隔震橡胶支座不拉断始终保持结构稳定性,发挥隔震功能。综合国内外行业设计经验,以及建筑结构物的实际设计需要,一般情况下,建筑隔震橡胶支座的设计容许拉伸应力以不大于2.0 Mpa为宜。

    4、剪切特性相关性

    建筑隔震橡胶支座的剪切特性主要体现在不同工况下的水平等效刚度变化特性,与设计压应力、设计剪应变、加载频率、反复加载次数以及本体温度有关。在通常情况下,建筑隔震橡胶支座的剪切特性符合以下规律:

    1)建筑隔震橡胶支座的水平等效刚度一般会随着设计压应力的增大略有降低,在压应力超过一定值(如10Mpa)时,变化幅度更小,在工程应用上基本忽略不计;

    2)建筑隔震橡胶支座的水平等效刚度一般会随着剪应变的增大而降低,当剪应变很大时(如超过300%),水平等效刚度又会有所提高;

    3)建筑隔震橡胶支座的水平等效刚度一般会随着加载频率的提高而略有提高,但变化微小,在工程上基本忽略不计;

    4)建筑隔震橡胶支座的水平等效刚度一般会随着水平反复加载次数的增加略有减小,但变化值微小,在工程上也基本忽略不计;

    5)建筑隔震橡胶支座的水平等效刚度一般会随着橡胶支座本体温度的升高而降低,但在不同的剪应变情况下变化程度有所不同。

    5、耐久性

    建筑隔震橡胶支座布置于隔震建筑的基础隔震层,需要经过50~100年(甚至更长时间)的使用,经历长期恒定载荷、多次地震冲击荷载,以及环境大气的长期作用,仍需保持符合要求的承载力、回弹性、刚度、阻尼等力学性能。耐久性的目标是确保建筑隔震橡胶支座的正常使用寿命不低于工程结构本身的使用寿命(一般为50年)。

    四、建筑隔震橡胶支座产品的材料要求

    为使橡胶隔震橡胶支座能够满足正常的使用功能,对橡胶隔震橡胶支座制作的材料也有一定的要求。一般来讲,橡胶隔震橡胶支座的制作材料主要有三类:橡胶材料、钢板和铅芯。其中橡胶的物理机械性能一般情况下应满足GB 20688.3-2006《橡胶支座第3部分:建筑隔震橡胶支座》附录B 中表B.1的要求。钢板的机械性能应满足 GB/T 700-2006《碳素结构钢》中Q235A 钢板的规定和要求。铅芯一般采用纯度不低于99.9%的铅锭,铅的材质和性能应符合 YS/T 636-2007《铅及铅锑合金棒和线材》的规定和要求。

    五、建筑隔震橡胶支座的基本制造技术

    橡胶隔震橡胶支座为了能够实现相关功能,对橡胶隔震橡胶支座的制造技术有着较高要求。通常情况下,橡胶隔震橡胶支座需按照以下制造工艺流程才能完成。

    1、橡胶材料准备:选用合适配方和材料,在制造厂炼胶,制造出符合要求的半成品-橡胶混炼胶,炼胶一般采用密炼技术(图4为笔者公司所用的K4密炼机);

    2、表面处理:由于橡胶隔震橡胶支座由多层薄钢板与硫化而成,薄钢板必须先进行表面处理,一般采用磷化或喷砂处理;然后须在表面喷涂胶粘剂,才能保证钢板与橡胶之间的粘接(图5为笔者公司的钢板表面处理生产线);

    3、硫化:橡胶隔震橡胶支座成型必须通过硫化才能完成,而硫化的工艺及参数的选取较为复杂,需要根据产品规格大小和性能要求才能确定;(图6是笔者公司生产用硫化设备)

    4、组装:根据建筑设计要求,将连接钢板与橡胶隔震橡胶支座进行组装,完成全套产品的制造。对于一般工程来说,还需要由制造厂家提供预埋板等其它配件。(图7是笔者公司用于产品检验的检测设备,目前国内最大吨位检测设备)

    建筑隔震橡胶支座已经在国内外广泛应用,在西方国家应用更早,1977年法国第一次将橡胶隔震技术应用于原子能反应堆中。目前,世界上超过30多个国家在开展这方面的研究,这项技术已被应用在桥梁、建筑,甚至是核设施上。

    80年代以来,基础隔震技术研究开始在我国得到重视,国内不少学者对国际上流行的基础隔震体系进行了研究,取得了很大的进展。国内第一幢使用橡胶隔震橡胶支座房屋(图16),位于汕头市,1991年建成,楼高8层,目前已经经历过两次地震,都完好无损。

    从世界范围来看,基础隔震技术的应用从1994年1月17日洛山矾地震和1995年1月1 7日日本阪神大地震之后,又进人了一个崭新的阶段,尤其在日本、美国、新西兰等国家的地震频发地区,隔震技术的应用已开始深人人心。这些国家已制定了相应的隔震规范、规程,并已进行了较大规模的应用,积累了相当的应用技术经验。

    我国学者从80年代初就开始进行了隔震建筑的研究和实践,国内各建筑设计院、地震研究院均展开基础隔震技术的深入研究。2009年11月17日,“第十一届国际隔震及消能减震控制学术会议”在广州召开,国内外各知名专家、学者共同讨论了建筑隔震与消能减震技术的深入研究和推广应用问题,一致认为,今后应该采取巩固成果、深化研究、扩大试点、小步快跑的方针,要积极、有序、严格把关,各建筑设计院与施工主体单位的主要目标应该放在提高安全度方面,不应片面强调降低工程造价,通过扩大试点逐步经受地震考验,为今后大批量推广创造条件。

    “5.12”汶川地震后,随着人们对建筑隔震橡胶支座这种新型的隔震产品的不断了解和建筑隔震产品不断在国内各种建筑设计中的应用,越来越多的人认识到:设计安装建筑隔震橡胶支座产品能提高建筑的抗震等级,更能保障人民生命安全。建筑隔震橡胶支座这种新型的隔震产品的应用也将成为建设和谐社会、提升人民生活安全等级的重要手段。相信随着我国城市基础建设的不断发展,建筑隔震橡胶支座这种新型的减、隔震产品将会得到越来越广泛的推广和应用。

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