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橡胶

300*600*47板式橡胶支座加工制造工艺

300*600*47板式橡胶支座多层橡胶制造时的加硫过程中,为使从外部加热时 热分布均匀,保证产品质量,设置该中心孔是 必要的。特别在多层橡胶的尺寸较大时,仅从外部加热,热的传递很不充分。为使多层橡胶适应气候 变化,在多层橡胶外部设置保护层,该保护层是采用耐候性好的材料制作。 图 多层橡胶隔震支座的基本构造 确定多层橡胶形状的主要参数有直径D、每层橡胶厚度tr 和橡胶层数。由这些参数可以求得1次形状系数和2次形状系数。1次形状系数S1为1层 橡胶的约束面积 与自由表面积(侧面积)的之比,2次形状系数S2为多层橡胶直径与橡胶各层总厚度之比。S1和S2按式 以下公式计算。

图3 修正双线型模 受拉性能 300*600*47板式橡胶支座图给出了500×3.75-26多层橡胶在剪切变形为200%时单调受拉 的受力特性和500×7-14多层橡胶轴向受拉至破坏时的受力特性。与受压弹性性能相比,多层橡胶受拉 时的应力-应变关系为双线型。随橡胶的材质不同,拉应力在10~20㎏/㎝2以前,基本表现为 弹性。 但是,该弹性范围的受拉刚度只有受压刚度的1/10左右。当受拉轴力大于此值时,荷载-变形关系表现 为屈服,屈服后受拉刚度进一步减小。此时如果卸载,卸载曲线呈现较大的滞回面积,再恢复到初始 状态。在受拉破坏时,可达到总厚度的3倍的伸长量。 300*600*47板式橡胶支座天然橡胶多层橡胶前的受拉实验 受拉变形过屈服点后,从外观上并未见损伤。但是在橡胶 内部,由于受拉变形的作用,产生许多空孔。

试验表明,多层橡胶经过较大的受拉变形后再压缩时, 受压刚度降低为初期刚度的1/2左右。 由以上结果知,多层橡胶在受拉轴力作用下达到完全破坏虽然 具有一定的延伸能力,但考虑到其后受压刚度和承载能力的降低, 因此不希望作用拉力,如果有拉力 作用,拉应力应小于10~20㎏/㎝2。 压剪性能 多层橡胶在通常承受建筑物重量的同时,发生 地震时水平方向必须具有柔度产生变形。由于地震时倾覆力矩的影响,对多层橡胶产生附加轴力作用 。此外,由于不均匀沉降等影响,多层橡胶上作用的轴力会产生变化。对于轴力的变化,多层橡胶不 仅要能保持稳定承载能力,而且其受剪性能不能产生较大的变化,这对设计和分析来说都是很重要的 。多层橡胶的性能(刚度和变形能力)与面压和2次形状系数有关,因此需要选择合适的形状和材质。 根据多层橡胶的实验结果,2次形状系数大于5时,轴力的变化对其弹性特性影响不大。

橡胶支座次形状系数较 小时,变形较大时会产生压屈,并且受压荷载的变化对其有较大的影响,所以需考虑变形能力与轴力 变化的关系来确定设计变形和面压。 图1 天然橡胶多层橡胶的破坏实验 多层橡胶在单调载入至破坏的荷载-变形关系如图1所示。 试件均采用天然橡胶,配合比有两种类型。试件No.4,5采用较为柔性的配合比。直径分为500和600两 种,2次形状系数都等于5。图中纵轴剪应力,由剪力除以多层橡胶的截面积得到;横轴为剪应变,由 剪切变形除以总橡胶厚度用百分率表示。剪应变为100%表示剪切变形等于总橡胶厚度。图2为试件No.1 的试验状况。可见在承受很大的剪切变形时,承载能力并未丧失。

图2 多层橡胶的压剪实验 由该图还可见,橡胶材质和2次形状系数基本相等的多层橡胶,其 剪应力-剪应变的关系也基本相同。此外,压应力的变化,可以认为几乎没有影响。剪应变达到250%时 ,基本保持线性关系。 如果剪切变形剪应变增大,荷载-变形关系呈现硬化,最后当剪应变达 到400%左右时破坏。应变硬化虽然可有效抑制隔震层的位移,但使其承担的剪力增大,上部结构的地震力增加,导致楼层反应加大。因此,从这一观点来看,多层橡胶的设计变形应控 制在其线性界限变形以下。对于天然橡胶,其材质较柔,线性界限变形为250%左右,而对于材质较硬 的橡胶,则小于此值。 耐久性 由于多层橡胶是采用的橡胶和钢板,所以多层橡胶的耐久性取 决于橡胶材料老化,橡胶为有机材料,随使用年限增大,其性能逐渐产生变化。引起变化的原因有来

自外部的物理作用(煤气、光、热、外力等)和内部的化学作用(聚合物、填充材料、加桥形态等) 。由于多层橡胶的使用环境受光和热等的影响较小,主要应特别注意的橡胶的氧化反应和徐变。 一般天然橡胶的氧化反应使其产生硬化。如图1所示,这是由于在橡胶分子(聚合物)的硫磺结合位 置氧分子介入的结果,氧分子的介入使硫磺的结合断开,进一步又使其它聚合物结合,导致分子结合 网点结构的增加,约束了橡胶分子移动,这就是硬化的原因。 图1 橡胶分子氧化的影响 300*600*47板式橡胶支座多层橡胶由橡胶薄片和钢板组成,氧化物质渗透到橡胶内 部的表面积有限。因此,即使表面产生氧化老化,内部的橡胶却基本完好。根据已使用100年的奥斯特 拉里亚的铁道防振垫的老化调查,虽然橡胶周边部份有氧化老化层,但内部的橡胶几乎没有变化。根 据化学反应速度理论,采用加热快速试验可以预测其状态。目前已进行了很多试验,研究多层橡胶的 各种特性变化。

例如,经过60年左右,刚度增加约10~20%,破坏位移约降低10%左右。在隔震建筑设 计时考虑这些变化因素,就可以使问题得到完全解决。进一步,在多层橡胶与外部接触的表面部分可 以采用耐候性较好的橡胶材料。 关于徐变,根据2年的足尺多层橡胶平均压应力为110~150的 试验量测结果,并考虑气温变化产生的膨胀和收缩的修正,可以推断100年后徐变数不到总橡胶厚度的10%。根据加热快速试验的徐变现象进行预测,得到如图2所示的结果。由该图试件温度条 件的变化结果,可以推断,多层橡胶在设置环境(20℃)下,徐变量约为总橡胶厚度的3~5%。 图2 多层橡胶的徐变试验结果 从以上的试验和研究结果可知,多层橡胶作为结构构件, 其耐久性完全满足 要求。 注:分母计算部分(LRB不减去ds;BR减去ds) S1主要是与竖向刚度和转动刚度有关的参数。 S1越大,相对直径来说橡胶片的厚度越薄,竖向刚度和弯曲刚度越大。S2是与承载能力和水平刚 度有 关的参数。S2越大,多层橡胶越扁平,越不容易压屈。