浅谈桥梁隔振支座的原理及应用

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1、浅谈建筑隔震橡胶支座的原理、制造及应用庾光忠，冯正林，胡宇新，郭红峰，周函宇（株洲时代新材料科技股份冇限公司，412007）摘要：介绍建筑隔震橡胶支座产品的设计理念、隔震原理、技术特性、性能参数；介绍建筑隔震橡胶支座产品一•般的生产过程、检测过程和控制要点；说明建筑隔宸橡胶支座这种新型隔農产品有着良好的应川前景、社会效应和经济效益。关键词：地震；隔震；基础隔震技术；建筑隔震橡胶支座;地震是-•种危害性极大的随机性口然灾害，地震的发生带给人类的是巨大的灾难，人们在与其长期地抗争过程中，不断地总结经验，寻求更好的抗震防灾措施，使抗震理论LI趋发展。在“5.12”汶川地

2、震发生后，某著名建筑设计大师曾指出：“我国现在的抗震技术已经达到世界水平，只要采用先进的抗震设计，像5.12汶川大地震所产牛的后果是完全可以减轻的。”21世纪的中国已经拥有与美国、FI本等先进国家同等级的抗震技术——基础隔震技术。当前最先进的基础隔震技术是通过一种高新技术产品一一建筑隔震橡胶支座，将上部建筑结构与卜部地基结构隔离，由于建筑隔震橡胶支廉屮的隔震层水平刚度小，柔性强，当地震发牛•时隔震层将发挥“隔”震的作用，代替上部结构承受地震强烈的位移动力，以此来隔离或耗散地震的能虽，避免或减少地原能量向上部结构传输；增设的隔震层可以延长结构的自振周期并给予结构较大

3、的阻尼，使上部建筑结构的反应减小到相当于不隔震情况下的1/4〜1/8,近似平动，从而起到“隔离”地震的作用。一、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木原理是通过增设橡胶隔震支座，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支座，利用橡胶隔震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H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、室內设备的损

4、坏以及曲此引起的次生灾害⑴。隔震设计技术的基本原理可以通过如下图示来表示。假设一个结构悬浮于地面，如图1-a所示，则地震作用不会对结构产生影响，但由于结构还有自重，这样的情况几乎不可能发生。为了承担结构的白重，可以用摩擦力非常小的滚珠來代替示意，如图1-b,滚珠在竖向支撑结构，而在水平方向与悬浮的情况近似，在水平地震作用下结构不会产生响应，但建筑物会滑移到其它位置而不能复位。因此，为了使结构复位，需要在结构中设置水平弹簧，如图l-c所示，但如果仅有弹簧，一旦产生振动后就很难停止，因此必须在结构中设置阻尼装置，以阻止振动的持续。任何一个隔震结构都可简化为图1—b或图

5、1—d的情形，隔震结构就是在传统的抗震结构的基础与上部结构之间增加了一个可以隔离地震的装置。从以上的分析可知，隔震装置主要山滚珠、弹费和阻尼构成，滚珠的作用是在竖向支撑建筑物，而在水平向可以自由滑动，弹簧对结构进行复位，阻尼消减振动的幅度。其中，弹簧和阻尼的人小会影响减震的效果。假设图l-2d中的阻尼很小，就相当于图1—c的情形，建筑物会在弹簧恢复力的作用下一直振动下，这对上部结构非常不利。当阻尼增加非常大时，并非有利于减震的效果。因此，对一个隔震结构而言，需要选择适当的弹簧和阻尼，才能达到理想的减震效果，具体到建筑隔震橡胶支朋，就是对支廉的水平等效刚度和等效阻尼

6、比进行合理设计和选择。地震图1-b图I图l—c图1-d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朋主要有三种类型：普通天然橡胶隔震支座、高阻尼橡胶隔震支座和铅芯橡胶隔震支座，建筑隔震橡胶支座山多层橡胶和多层钢板交替叠査硫化而成，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廉实物照片。1=1前工程上使用的建筑隔震橡胶支廉的基木特征是：橡胶隔震支座内分层设置的薄钢板对橡胶超约束作用，使建筑隔

7、震橡胶支座支座具冇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，阳不产生过大的变形。此外,山于薄钢板的设置方式基木上不影响建筑隔震橡胶支座的水平柔性，使橡胶隔震支座的水平刚度较小，从而使得整个地震体系的占振周期得以延长，达到减震隔震的目的。一般情况下，建筑隔震橡胶支屎的水平刚度和竖向刚度数值相差约几百到千倍。图2•种铅芯隔震橡胶支座结构示总图图3一种铅芯隔震橡胶支座产品实物照片三、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，冃前行业内对建筑隔震橡胶支座冇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儿个基本特性⑵：1、竖向

8、变形特性建