大量采用鉛芯橡膠支座作為隔震裝置。但是試驗研究表明,鉛芯橡膠支座的橡膠在低溫條件下存在硬化現(xiàn)象,在溫度和交通荷載(低周疲勞)作用下支座中的鉛芯會發(fā)生疲勞剪切破壞,使支座的阻尼性能大幅下降。有試驗表明5000次水平小位移低周反復加載后,鉛芯橡膠支座的阻尼約下降25%。同時支座在生產(chǎn)和使用過程中,鉛將對環(huán)境造成無法彌補的污染。因此,近年來日本、美國、西歐等國研究采用高阻尼橡膠制造支座,用于減震、隔震支座,稱之為高阻尼橡膠支座,其阻尼比也可以做到0.15左右。
HDR高阻尼隔震橡膠支座由上下連接鋼板、高阻尼橡膠板和加勁鋼板組成,其結構形式和普通板式橡膠支座相同。其中連擊鋼板用于和梁體及墩臺連接。
HDR高阻尼隔震橡膠支座的化學成分通常采用天然橡膠,其聚合物的含量在40%以上,補強劑采用優(yōu)質(zhì)炭黑,其含量在10%~45%,補強劑以為的灰分含量為10%以下。
HDR高阻尼隔震橡膠支座的設汁方法主要參考日本2004年的《道路橋支承便覽》標準。
1.高阻尼橡膠支座設計的基本參數(shù)
(1)垂直反力,恒載反力
(2)水平力,正常使用下的水平力。
(3)設計位移;正常使用下的水平位移,地震時控制的極限位移。
(4)設計轉(zhuǎn)角。
HDR高阻尼隔震橡膠支座應具備以下幾個特點:
(1)HDR高阻尼隔震橡膠支座作為隔震支座,必須具備承載能力、恢復力和配額阻尼(吸收能量)三位一體的功能。
(2)HDR高阻尼隔震橡膠支座的滯回特性(荷載-變形曲線)飽滿,對風振和對大、中、小地震都能發(fā)揮隔震效果;
(3)HDR高阻尼隔震橡膠支座本身發(fā)揮了隔震功能,不需要再配置其他裝置,因此維修管理成本低;
(4)HDR高阻尼隔震橡膠支座在大地震后,也不會產(chǎn)生殘余變形,而且特性變化很小,無需更換;
(5)HDR高阻尼隔震橡膠支座的彈性性能和阻尼特性對溫度的依賴性很小,適用于廣泛的領域;
(6)HDR高阻尼隔震橡膠支座的蠕變特性良好(采用了新開發(fā)的天然橡膠);
(7)HDR高阻尼隔震橡膠支座的表面被覆三元乙丙橡膠,保護內(nèi)部橡膠不受臭氧、紫外光等的影響,具有更好的耐老化性能。
HDR高阻尼隔震橡膠支座的彈性剛度(等效剛度)依賴于公變形人小,變形小時剛度大,變形大時剛度小,呈非線性狀態(tài)。對于風荷載,高的初期剛度能取得制動功能。對于地震,因為大變形時剛度小,可以得到良好的隔震效果。而且,對于過大的變形,會引起橡膠硬化現(xiàn)象,使橡膠剛度增加,可以期望能有控制上部結構的過大變位的效果。
LRB600-Ⅱ鉛芯隔震橡膠支座
目前,鉛芯疊層橡膠支座(Lead laminated Rubber Bearing簡稱LRB)已較廣泛地應用于房屋的基底隔震,LRB鉛芯橡膠支座融隔震與滯變耗能于一體,構造簡單,可靠性高.本文將這種支座引入層間隔震研究.LRB鉛芯橡膠支座是一種強非線性隔震元件,由其組成的減震系統(tǒng)將是一個非線性系統(tǒng),其動力學行為及減震機理較采用LRB鉛芯橡膠支座更為復雜,本文結合一框架結構的加層改造對此作了探討.
LRB600-Ⅱ鉛芯隔震橡膠支座
1 加層改造房屋概況
原有建設物為一7層鋼筋砼框架結構辦公樓,建筑物層高為:第1層4.0m,第2至7層3.6m.各種框架柱斷面尺寸為: 1~ 2層0.55× 0.55m2,3~ 4層0.50× 0.50m2,5~ 7層0.45×0.45m2,砼標號C25.樓層梁斷面為0.25× 0.65m2,走道梁斷面為0.25× 0.40m2,砼標號C20.加層層高3.6m,柱斷面0.45× 0.45m2,梁斷面同其他樓層.
為了便于比較分析,本文考慮了3種加層方案: (1)直接加層(普通加層方案);(2)普通疊層橡膠支座加層(LRB方案);(3)鉛芯疊層橡膠支座加層(LRB方案).
LRB600-Ⅱ鉛芯隔震橡膠支座
(1)將LRB鉛芯橡膠支座應用于多層框架結構加層改造的減震是可行的,既可實現(xiàn)增層,又可保證結構的抗震能力.同時對框架結構抗震設計提供了一種新的途徑.
(2)應用LRB較RB來講,可有效限制支座變形,提高減震系統(tǒng)的安全性及可靠性.
鉛芯橡膠支座是一般板式橡膠支的基礎上,在支座中心放人鉛芯,以改善橡膠支座的阻尼性能的一種抗震支座。鉛芯橡膠支座承受結構物的重量及水平力,使鉛芯產(chǎn)性滯回阻尼的塑性變形,并通過橡膠提供水平恢復力。
對于每種類型的鉛芯橡膠支座,生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制和檢驗的要求是和型式試驗一致的。生產(chǎn)控制測試的測試樣件應該選取第一批生產(chǎn)的支座。隨后生產(chǎn)的支座,隨機抽取至少20%的支座進行生產(chǎn)控制測試。對于包含四個或者更少支座的結構,應該對結構中的每個支座進行測試,除非結構工程師同意不進行測試。
在相同的前提下,對同一地震波,采用板式橡膠支座時的響應峰是采用鋼支座的50%~75%,而采用鉛式橡膠支座時的響應峰是采用鋼支座的50%~75%,是鋼支座的25%~50,充分體現(xiàn)了鉛芯橡膠支座的阻尼特性和耗能能力