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1990-2015年建筑隔震橡胶支座的应用实例

建筑隔震橡胶支座

1990-2015年建筑隔震橡胶支座的应用实例 其实,早在 20世纪90年代中期,建筑隔震橡胶支座就表现出了它出色的隔震性能。日本阪神地区的一次地震,就 是真实一例。1995年1月17日,日本阪神地区发生里氏7.2级地震,造成了令人震惊的惨重损失。在这 次地震中,距离震中35公里的西部邮政大楼中采用的基础隔震技术发挥了很好的隔震减震效果,其所 处场地的地震危害程度达到了震度7度(相当于我国地震烈度的9~10度),地震中及地震后,整幢大 楼一切照常运转。与此例相似,1994年1月17日,美国洛杉矶北岭的地震中,采用同种基础隔震技术的 南加利福尼大学校立医院表现同样出色,震后不仅不影响营业,还在震后救灾中发挥了出色的救援作 用,而位于街对面的洛杉矶乡村医院则遭到了严重破坏基础隔震技术至今被国内许多生命线工程所采 用,同时建筑隔震支座被编入抗震设计规范中。基础隔震技术被称为面向21世纪的抗震新技术,同时 ,建筑隔震橡胶支座也成为跨世纪 的抗震新产品。

建筑隔震橡胶支座的构造及类型 建筑隔震 橡胶支座由多层橡胶和多层钢板交替叠置组合而成,对应不同建筑、桥梁的要求,隔震橡胶支座可以 有不同的叠层结构、制造工艺和配方设计,以满足所需要的垂直钢度、侧向变形、阻尼、耐久性、倾 覆提离等性能要求,并保证具有不少于60年的使用寿命。建筑隔震橡胶支座一般分为普通型(无铅型 GZP)和有铅型(GZY)两种(如图CJ-2)。

建筑隔震橡胶支座的优点及主要性能要求

建 筑隔震橡胶支座支座的优点:建筑隔震橡胶支座除了本身的隔震力学性能满足抗震设计及使用要求外 ,还具备以下优点:一是建筑隔震橡胶支座耐久性好,抗低周期疲劳性能、抗热空气老化、抗臭氧老 化、耐酸性、耐水性均较好,其寿命可达80~100年,期间的隔震力学性能不会发生明显变化,也就是 说在80年之内不会影响使用,可见,与建筑物具有同等寿命。二是橡胶支座具有足够的安全储备,水平变形 250%不会影响使用,另外具有足够竖向承载力保证稳定的支撑建筑物(如图CJ-3),建筑隔震橡胶支座结构中的隔震层具有稳定的弹性复位功能,能在多次地震中自 动瞬时复位.这是摩擦滑移隔震体系所完全不能相比的。 三是设计及施工方便。因建筑隔震橡胶支座 的设计与配方科学合理,与传统的抗震结构相比,上部结构的地震反应减小到前者的1/4~1/8左右, 安全可靠度大大提高,建筑的设防目标一般可以提高一个设防等级;传统的设防目标是“小震不坏, 中震可修,大震不倒”,而隔震建筑能做到“小震不坏,中震不坏或轻度不坏,大震不丧失使用功能 ,”其潜在的经济效益和社会效益是十分可观,按施 工经验,隔震结构一般比非隔震结构造价降低7% ~15%。

建筑隔震橡胶支座的主要性能要求。 项目 技术指标 竖向极限压力 ≥100Mpa 水平位移为支座内部直径0.55倍状态的极限压应力 ≥30Mpa 竖向极限拉应力 ≥1.5Mpa 水平极限 变形能力 极限剪切变形不应小于橡胶总厚度的350% 阻尼比 ≥5% 耐火性能 竖向极限压应力和竖 向刚度的变化率不大于30% 因其设计参数较多,详细可见标准《GB 20688.3-2006》即可。 五、基 础隔震技术的原理 通过建筑物的地震反应谱可以很好地说明基础隔震原理,加速度反应谱和位 移谱 曲线(如图CJ-4)。 从图中可以看出,对建筑物地震反应有重要影响的因素主要有两个:

一个是结构 的周期,另一个是阻尼比。普通非隔震中低层建筑物的刚度大、周期短,其基本周期正好在地震输入 能量最大的频段上。因此相应的加速度反应比地面运动放大得多,而位移反应却较小,如图中A点所示 。如果延长建筑物的周期,而保持阻尼不变,则加速度反应被大大降低,但位移反应却有所增加,如 图中B点所示。如果继续加大结构的阻尼,加速度反应则继续减弱,且位移反应也得到明显降低,如图 中C点。这就是说,通过隔震支座来延长结构的周期并给予较大的阻尼,就可使结构上的加速度反应大 大降低。同时,对结构产生的较大位移也是由隔震支座中的隔震层来提供,而不由上部结构自身的相 对位移来承担。这样,上部结构在地震过程中就会发生接近平移的运动,大大提高了上部结构的安 全 度。 如果汶川等受震灾区的生命线工程都采用了基础隔震技术,损失一定会大大减少,然而,面对灾 难,我们不能一味地只作假设。

作为一名多年在基础隔震技术领域从事研究的技术人员,在地震发生后,特匆匆撰写本文,算是对抗震救灾出一份绵薄之力,也 算是对那些逝去生命的些许告慰,呼吁桥梁、房屋等建筑不得忽视基础隔震设施。同时,本人及本公 司愿为各地抗震办、设计单位免费提供建筑隔震橡胶支座的各项技术数据与咨询工作,以对灾区重建 及中国的隔震建设 事业奉献一份力量。橡胶支座由薄钢板和薄橡胶板交替叠合经高温硫化粘结而成, 所采用的橡胶一般有天然橡胶和氯丁胶。氯丁胶除抗冻和弹性外,其他性能(耐油、耐腐蚀、抗老化和 阻尼等)均优于天然橡胶。 由于在橡胶层中加设夹层薄钢板,而且橡胶层与夹层钢板紧密粘结,当橡胶 支座承受垂直荷载时,橡胶板的横向变形受到约束,使橡胶支座具有很大的竖向承载力和竖向刚度。因 薄钢板不影响橡胶板的剪切变形,使橡胶板对任何水平方向的运动均呈柔性约束。当橡胶支座承载水平 荷载时,其橡胶层的相对侧移大大减少,使橡胶支座可达到很大的整体侧移而不致失稳,而且保持较小的 水平刚度(仅为竖向刚度的1/500-1/1500)。并且,由于夹层钢板与橡胶层紧密粘结,橡胶层在竖向地震 作用下还能承受一定的拉力,使该种支座成为一种竖向承载力极大、水平刚度较小、水平侧移容许值很 大、又能承受竖向地震作用的理想的隔震装置。 减震阻尼钢板橡胶支座的竖向承载力可达50-200t,竖 向压缩刚度可达200-3000t/cm,它们的水平刚度较小,约为0.25-1.8t/cm,水平极限位移约为25-50cm。

它们的剪切刚度是变化的,变形较小时刚度较大,中等变形时刚度最小,然后随变形的增大刚度又回升。 变形过大时刚度回升,起到保护和限制侧向位移的作用。这种支座对于小震来说,结构就如同连在刚性 基础上;对于强震来说,基底隔震系统一方面提供柔性滑动,另一方面可吸收大量能量,它由于局限所吸 收的能量相当于临界粘滞阻尼吸收能量的35%。 根据对减震阻尼橡胶支座的不同阻尼比的要求,目前国 内外主要采用下述几种不同材料制成的减震阻尼橡胶支座: 1.1天然分层橡胶支座(MRB) 普通减震阻尼 橡胶支座一般采用天然橡胶或氯丁二氯橡胶制造。这种建筑隔震橡胶支座只具有弹性性质,本身并无 第20卷第5期 2002年10月 河南科学HENANSCIENCE Vol20No.5 Oct. 2002 显著的阻尼性能,因此,通常需要和阻尼器一起并行使用。1.2铅芯橡胶支座(LRB) 在普通减震阻尼橡胶 支座中部竖直地灌入铅棒就成为铅芯减震阻尼橡胶支座。灌入铅棒的目的:一是提高支座的吸能效果, 确保支座有适度的阻尼;二是增加支座的早期刚度,对控制风反应和抵抗地基的微震动有利。铅芯减震 阻尼橡胶支座既有隔震作用又有阻尼作用,因此,它可以单独地在隔震系统中使用,而无须另设阻尼器, 使隔震系统的组成变得比较简单。由于纯铅材料具有较低的屈服点出和较高的塑变耗能能力,使铅芯减 震阻尼橡胶支座的阻尼比可达20%-30%。由这种橡胶支座组成的隔震系统作为主导产品,已广泛应用于 国外的大中型桥梁,并取得了良好的效果。