橡塑抗震橡胶支座的基本构造和基本特征汇报

橡塑抗震橡胶支座的基本构造和基本特征汇报151-3082-8567

通常日本的地震学习借鉴抗震橡胶支座应用,衡水同泰工程橡胶有限公司大量借鉴日本阪神地区发生了里氏712*地震,造成了惨重的损失。值得庆幸的是,在这次地震中,*项减轻地震灾害的新技术再次得到了全**的广泛关注。距震中35公里的日本西部邮政大楼,其所处场地的地震危害程度达到震度7度(相当于我*地震烈度的9～10度)。在地震中,该建筑不仅整体结构保持良好,而且内部装饰、设备、仪器丝毫无损,其原因是采用了橡胶支座基础隔震技术。在此之前*年(1994年1月17日)的美*洛杉矶北岭地震中,采用同样隔震技术的南加州大学校办医院表现同样出色,未遭遇任何破坏,业务照常运转,在震后救灾及伤员救治工作中发挥了很大的作用,而位于街对面的洛杉矶乡村医院则遭到了严重的破坏。 橡胶支座隔震的基本原理是通过增设橡支座,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。其*般做法是在建筑物底部置橡胶支座,利用橡胶支座的水平柔性形成*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,*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。就目前情况而言,橡胶支座隔震系技术应用方便、隔震效果明显的抗震新技术。该技术对*计民生具有重要的意义,具有广阔的发展前景和广泛的市场。

抗震橡胶支座的基本构造和 基本特征 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效果及隔震建筑的安全性。橡胶支座由多层橡胶和多层钢板交替叠置结合而成,其形状大多是扁柱型,剖面见图1。目前工程上使用的橡胶支座的基本特征是:橡胶支座内分层设置的薄钢板对橡胶起约束作用,使橡胶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橡胶支座的水平柔性,使橡胶支座的水平刚度很低,从而使得整个地震体系的自振周期得以延长,达到隔震减震的目的。*般情况下,橡胶支座的水平刚度和竖向刚度可以相差几百甚至上千倍。 图1 橡胶支座结构示意 目前常用的橡胶支座有标准橡胶支座、铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、堆叠型橡胶支座等多种。标准橡胶支座是用天然橡胶制

GPZ 12.5SX盆式橡胶支座进场后首先要进行外形尺寸、要对橡胶支座的外观质量、力学性能方面的检验，**后才能进行安装。GPZ 12.5SX盆式橡胶支座安装准备浇筑盖梁或立柱时注意预留支座底钢板螺栓孔。（按直径10cm，长度30cm预留。在柱顶或盖梁上用墨线弹出支座横向、纵向十字轴线；根据十字轴线和支座底板尺寸核对柱顶或盖梁顶预留螺栓孔洞是否准确，如有误差应凿除影响螺栓安装的混凝土。将地脚螺栓穿入底板地脚螺栓孔并旋入底柱内，支座就位对中并调整水平后，用环氧砂浆或高标号砂浆灌注地脚螺栓孔。待砂浆硬化后拆除调整支座水平用的垫块然后浇筑垫石混凝土。GPZ 12.5SX盆式橡胶支座垫石的混凝土强度等*不应低于图纸设计强度。支座垫石表面应平整、清洁、干爽、无浮沙。GPZ 12.5SX盆式橡胶支座的垫石顶面标高要求准确无误。在平坡情况下，同*片梁两端支承垫石及同*桥墩、台上支承垫石应处于同*设计标高平面内，其相对高差不应超过±1.5mm，同*支承垫石四角高差应小于1mm

GPZ 12.5SX盆式橡胶支座安装后，应全面检查是否有支座漏放，支座安装方向、支座型式、型号是否有错，临时固定设施是否拆除，四氟滑板支座是否注入硅脂油(严禁使用润滑油代替硅脂油)等现象，*经发现，应及时调整和处理，确保支座安装后的正常工作，并记录支座安装后出现的各项偏差及异常情况。基本要求：GPZ 12.5SX盆式橡胶支座的材料、质量和规格必须满足设计和有关规范的要求，经验收**后方可安装。GPZ 10.5SX盆式橡胶支座底板调平砂浆性能应符合设计要求，灌注密实，不得留有空洞；

GPZ 12.5GD盆式橡胶支座上下各部件纵轴线必须对正。当安装时温度与设计要求不同时，应通过计算设置支座顺桥向预偏量。GPZ 12.5GD盆式橡胶支座不得发生偏歪、不均匀受力和脱空现象。滑动面上的四氟滑板和不锈钢板不得有划痕、碰伤等，位置正确，安装前必须涂上硅脂油。

GPZ 12.5SX盆式橡胶支座安装前，按照设计图纸要求由测量队放样出每块支座垫石的**点和轴线再次核对螺栓位置是否准确，并测量垫石顶高程；用毛刷清理垫石顶的杂物；用抹布清理支座表面，对于GPZ 12.5DX、SX滑动支座需打开支座临时固定螺栓，检查支座水平滑动情况是否良好，检查四氟板面是否注入5201-2硅脂油。将支座下钢板螺栓固定在垫石上，检查如有悬空或者翘起，应用磨光机将垫石表面打磨平整并及时拌制环氧砂浆铺在钢板底部，并用钢板压实，用水平尺测量底支座顶水平度。安装防尘罩，重新拧紧临时固定螺栓焊接支座顶调平钢板的锚固钢筋。将冷却后的支座顶调平钢板放置在支座（上钢板）上。支座和支座顶调平钢板位置，准确无误后相互点焊。桥梁结构形成后拆除支座临时固定螺栓，使支座正常工作。注意事项盆式支座安装应使吊车吊装。GPZ 12.5DX盆式支座安装安装时，应防止支座出现偏压或产生过大的初始剪切变形。安装完成后，必须保证支座与上、下部结构紧密接触，不得出现脱空现象。对未形成整体的梁板结构，禁止重型车辆通过。

高阻尼橡胶支座是在橡胶母材中添加碳或其它元素,使橡胶支座具有良好的阻尼性质,故碳的添加量的大小直接影响阻尼大小。铅芯橡胶支座是在普通橡胶支座的中孔灌入铅芯而成的。灌入铅芯的目的,*是提高橡胶支座的阻尼,二是增加橡胶支座的早期刚度,以便控制风反应和微震。 无论哪种形式的橡胶支座都应具备的功能:

①具有足够的竖向刚度和竖向承载力,能够稳定地支承建筑物;②具有足够柔的水平刚度,保证建筑物的基本周期延长到115～310秒左右;③具有相应的大变形能力,并确保在强震作用下不会出现失稳现象;④水平刚度受垂直压缩荷载的影响较小;⑤具有足够的耐久性,至少大于建筑物的设计基准期。抗震橡胶支座的*般特性 经过多年的研究和大量的试验,对橡胶支座的特性已经有了大致的了解。 11竖向变形特性。普通天然橡胶支座竖 向纯压缩时,载荷位移曲线显示出硬化弹簧性质,通常在设计轴力附近为线性的关系。高阻尼橡胶支座、铅芯橡胶支座与天然橡胶支座相似,但铅芯橡胶支座受压时,铅芯并不承受压力。 21水平变形特性。标准橡胶支座当竖向压力*定时,水平载荷—位移曲线接近线性,迟滞曲线的等价阻尼比约为1%～2%。对于铅芯橡胶支座,当静力加载时,水平恢复力特性曲线轮廓呈梭形(见图2)。迟滞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,吸收的能量转化为热能,铅棒的温度升高。对于高阻尼橡胶支座,水平恢复力特性曲线轮廓也呈梭形,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15%～20%。 图2 橡胶支座水平恢复曲线   31水平变形引起的竖向沉降。通常很小,仅为几毫米,常可忽略不计。 41拉伸变形。日本的藤田聪等人做过叠层橡胶支座的拉伸试验,据他们报告,在加载前期阶段,拉伸刚度较压缩刚度略小,随后很快降得很低,完全拉断时的应变为300%以上。这样大的应变是受叠层橡胶周围 连成一体的保护橡胶层影响。欲使橡胶内部 不发生龟裂,按应力需控制在零点几兆帕内。因此,设计叠层橡胶支座时不允许出现拉伸 状态。 51压应力分布。无水平变位时,叠层橡胶支座受纯竖向压力时,其压应力分布沿直径方向接近抛物线型分布,在圆心处达到*大。当发生水平变位时,*大的压应力比受纯压力作用时要高,而且局部区域还有拉应

保留了原盆式橡胶支座承载力大、转动灵活、建筑高度低等优点，盆式橡胶支座是利用被半封闭钢制盆腔内的弹性橡胶块，在三向受力状态下具有流体的性质特点，来实现桥梁上部的转动，同时依靠中间钢板上的四氟乙烯滑板与上座板的不锈钢板之间的低摩擦系数来实现上部结构的水平位移，使支座所承受的剪切不再由橡胶完全承担，而间接作用于钢制底盆及四氟乙烯滑板与不锈钢之间的滑移上。

GPZ（III）0.8DX盆式橡胶支座从长期的试验数据看，橡胶处于三向约束状态时的抗压弹性模量为50000kg/cm2，比无侧的向约束抗压弹性模量增大近20倍，因而盆式支座承载能力大为提高，解决了板式橡胶支座承载能力的局限，能满足大的支承反力、大的水平位移及转角要求。而且在橡胶板上增加了*个其上表面设有*下消能板的钢衬板，并在单向活动支座中间钢板或固定支座盆塞的下表面设有*上消能板，又在支座钢盆上缘口的槽口内设有*橡胶阻尼圈。这样，支座顶板与橡胶板上方的钢衬板之间，即上、下消能板之间形成了*个干摩擦面，在地震水平力作用下干摩擦面可以滑动，消耗地震能量。在平时干摩擦面不滑移，阻尼橡胶圈也不会产生挤压变形。此外，在支座钢盆上缘口上设置的橡胶阻尼圈受地震力水平力等荷载作用后产生挤压变形，使地震能量得以释放。

GPZ（III）0.8DX减震盆式橡胶支座除具有消能减震作用外，由于该支座中间钢板或盆塞下部置于支座钢盆内，则地震时不会产生落梁现象，地震后对桥墩或桥台的受力也不会产生太大的影响。盆式支座下面建议设置支承垫石，并按支座底板地脚螺栓间距与底柱规格预留螺栓孔位置，要求支承垫石表面平整。施工时支承垫石顶面的标高要注意预留支座板下环氧砂浆垫层厚度。支座底板以外垫石做成坡面，以防积水。

GPZ（III）0.8DX减震盆式橡胶支座安装前方可开箱，并检查支座各部件及装箱清单。支座安装前不得随意拆卸支座。GPZ（III）0.8DX减震盆式橡胶支座的布置主要和桥梁的结构形式有关。通常在布置支座时需要考虑以下的基本原则：

（1）上部结构是空间结构时，橡胶支座应能同时适应桥梁顺桥向（X方向）和横桥向（Y方向）的变形；（2）支座必须能可靠的传递垂直和水平反力；（3）要橡胶支座应使由于梁体变形所产生的纵向位移、横向位移和纵、恒向转角应尽可能不受约束；（4）铁路桥梁通常必须在每联梁体上设置*个.GPZ（III）0.8DX减震盆式橡胶支座是*种具有消能减震作用新型桥梁支座，出厂价格13元/公斤,这种橡胶支座适用于基本烈度为8度地区的桥梁工程。

中等跨径连续梁桥使用什么样的橡胶支座好，衡水同泰工程橡胶有限公司以中等跨径连续梁桥为研究对象建立了橡胶支座，滞回特性曲线以及全桥非线性动力分析模型:从太平洋地震工程研究**"BCCD强震数据库中选取条地震波进行了*系列非线性时程分析得到了橡胶支座的位移反应:根据基于性能的抗震设计思想和地震易损性分析理论提出了板式橡胶支座>种不同损伤状态损伤指标的确定方法并由此拟合了谱加速度与支座相对位移延性比之间的关系:基于传统可靠度概率方法建立了橡胶支座的易损性曲线:分析结果表明支座在地震作用下的易损性较其他构件更严重且桥台支座比桥墩支座更容易遭受损坏增加支座橡胶层厚度或改用聚四氟乙烯滑板支座能很好地改善桥台支座的抗震性能:

板式橡胶支座是连接桥梁上部结构和下部结构 的重要构件 主要起到传递上部结构反力和承受水平变形的作用以其造价经济构造简单受力合理等优点在桥梁工程中得到广泛的应用特别适合于中小跨径梁式桥:地震反应中板式橡胶支座可以起到延长结构周期增加结构阻尼的作用从而可以有效地减小桥墩所受的地震荷载达到满足桥梁隔震的要求

因此在桥梁隔震设计方面也应用广泛:但*内外很多学者研究表明 梁式桥采用这种支座时地震变形主要集中在支座位置导致梁体与墩台之间 相对位移过大支座极易遭受破坏 : 近几年的多次大地震震害调查也进*步显示橡胶支座遭受地震破坏的现象十分普遍: ’城市桥梁抗震设计规范(征求意见稿"中提出的桥梁抗震体系之*就是利用支座等连接构件的耗能来使上部结构桥墩和基础处于弹性状态对桥梁支座的抗震性能提出了更高的要求: 基于此为了详细研究橡胶支座的抗震性能本文以某实际桥梁为工程背景在考虑橡胶支座受力特性的基础上建立了精确的非线性动力分析模型)以基于性能的抗震设计思想为指导提出了*种基于位移破坏准则的橡胶支座损伤指标确定方法采 用传统可靠度概率分析方法 分析支座变形需求 与能力之间的关系形成了橡胶支座在不同损伤状态下的易损性曲线从易损性的角度对橡胶支座的抗震性能进行评估: .橡胶支座受力特性 桥梁减隔震设计的要求不同选用的支座类型也会不*样不同类型的支座在地震作用下表现出不同的受力特性:由于支座水平刚度对桥梁主体结 构地震响应影响较大>且本文主要采用纵向地震 波输入方法研究桥梁结构沿纵桥向的地震易损性故这里主要讨论橡胶支座水平方向的力学性能:./.板式橡胶支座 大量试验结果表明板式橡胶支座叠层橡胶内部的薄钢板对橡胶横向变形的约束作用能大大提高支座的竖向刚度但并不影响橡胶层的剪切变形刚度 其剪力位移滞回曲线呈狭长形可近似作线性处理 E 如图所示:本文不考虑板式橡胶支座与墩顶或梁底之间可能产生的滑动: """: "式中为支座剪切力)"为支座的相对位移)为支座的剪切刚度按*新’公路桥梁抗震设计细 则(<的规定计算: 图板式橡胶支座线性模型

聚四氟滑板橡胶支座是以聚四氟乙烯板和不锈钢板作为支座的相对滑动面来隔离墩台与梁底从而减小下部结构的地震响应 达到隔震的目的:这种支座已经在桥梁工程中使用了>多年*内外学者对其摩擦因数和滞回性能做了大量试验研究研究表明聚四氟乙烯板与不锈钢板之间的摩擦系数通常 低于:"涂有润滑剂时约为:":= : 本文使用恢复力模型如图所示: 图滑板支座恢复力模型Z0M:D234’)0M-’)82H’K2,’-BSZC3,0K0M)(II2)I2+)0M H+Y "式中H+Y为临界摩擦力)为滑动摩擦因数)为支座承受的压力)图中"5为临界位移表示支座橡胶层的*大剪切变形)为支座剪切刚度本文中按计算板式橡胶支座剪切刚度的方法计算: 0橡胶支座损伤指标的确定 叠层橡胶支座的橡胶层在地震作用下表现出很好的柔性 能产生*定的剪切变形起到延长结构周期和耗能的作用:然而过大的剪切变形会导致支座发生剪切破坏普通橡胶材料的剪切破坏应变可达>"E 从安全性考虑支座的容许剪切应变"+需计入安全系数 按下式计算 "+ H+Y ’ : "式中H+Y为地震作用下容许的*大支座相对位移)"+为容许剪切应变 根据内力组合形式不同取不同的值正常使用状态"+]=中小地震时"+]E大地震时"+] E)’为支座橡胶层的

对于减隔震橡胶支座的延性水平在C地震作用下产生的剪切应变应小于在C地震作用下产生的剪切应变应小于E: 基于性能抗震设计方法强调结构在不同强度水平的地震作用下应该有不同的性能目标’对应不同的损伤状态: 本文根据中*规范对地震作用下支座允许相对位移的具体规定’并参考*外*些规范规 定和桥墩变形破坏准则"=’用相对位移延性比定义 了板式橡胶支座的>种损伤状态:支座相对位移延性比的定义 各极限状态支座允许相对位移与剪切应变等于时的支座相对位移之比:板式橡胶支座各损伤状态的描述及其相对位移延性比判别准则见表: 表.支座损伤状态相对位移延性比 1"2.3456’)7)8-9’4644,’,)5,8-48: ,-7:)9,")48: 序号损伤状态状态描述 损伤指标 无损伤支座相对位移较小’容许剪切应变小于 ^ 中等损伤支座相对位移较大’容许剪 切应变小于E ^Y严重损伤支座相对位移很大’容许剪 切应变小于E Y^(> 完全破坏 容许剪切应变大于E ’ 支座失效  ^’(注^为支座在地震作用下的相对位移延性比 为支座剪切应变等于时的相对位移延性比’故通常取Y为支座剪切应变等于E时的相对位移延性比(为支座剪切应变等于E时的相对位移延性比 *般而言’地震作用下支座的位移响应可以用支座上下表面之间的相对位移^来表示’则支座相对位移延性比定义支座的损伤状态用下式表示^^(:E式中^为地震作用下支座*大相对位移为支座剪切应变等于时的相对位移: <支座易损性曲线 <:.算例 某多跨混凝土连续梁桥’跨径布置EH_H 见图’墩高H’主梁采用RE混凝土’主墩采用R>混凝土’截面形式为:<H_:<H的实心混凝土方柱’纵向钢筋和箍筋都采用.DLE钢 筋’纵向配筋率为:"’配箍率:E:全桥均采用板式橡胶支座桥台Q‘>HH_EEHH_@@ HH’ 橡胶层厚度’]=HH桥墩Q‘EEHH_<HH_HH’ 橡胶层厚度’]@EHH:地质条件为类场地: 图桥梁结构示意图单位"H Z0M:L)0KM234)(84()2K0+M )+H(04"H<:0计算模型 采用7FB软件建立桥梁有限元动力分析模型并对结构进行非线性时程分析:桥台和桥墩支 座的水平剪切刚度按抗震规范"< 计算为+=>> T6(H’P"=T6(H:在地震作用下上部结构进入塑性的可能性较小’实际震害调查分析也发现主梁基本不会被破坏’故主梁采用弹性梁单元模拟:墩柱由于要承受巨大的地震力’抗震规范中允许桥墩在强震作用下形成塑性铰’故墩柱采用弹塑性纤维梁柱单元模拟: <:<地震波输入 通常采用传统可靠度概率分析方法得出结构的易损性曲线’ 需要进行大量的非线性时程分析:选取合适的地震波是保证非线性时程分析准确性的前提’峰值加速度)频谱特性和持续时间是地震波的三要素: 本文根据桥梁场地类型条件’排除近场地震记录高能量速度脉冲的影响’从美*太平洋地震工程研究**BCCD强震数据库中选取了条地震波:选波时使BQF的分布尽量广泛’条地震波的BQF分布如图>所示’条地震波的反应谱图如图E所示: BQF(M 图>条地震波的BQF分布 Z0M:>BQFK034)0I(40’’-2+)4GW (+T2)28’)K3

现浇梁的坡度由梁底混凝土调整；预制梁的坡度可在制梁时通过支座上部的预埋板调整，也可在梁底预埋平钢板后在支座5.1 支座上座板顶面不设坡度；5.2 现浇梁的坡度由梁底混凝土调整；5.3 预制梁的坡度可在制梁时通过支座上部的预埋板调整，也可在梁底预埋平钢板后在支座LRB铅芯隔震支座布置原则本系列支座分为矩形铅芯支座、圆形铅芯支座两种类型，根据桥梁的结构型式、跨径、联长及桥梁宽度等参数确定支座的布置原则。LRB铅芯隔震支座布置时应检算支座的设计位移量是否满足制动力、混凝土收缩徐变和温度等共同作用及地震力引起的位移需求。连续梁单联长度不宜超过 200m，跨数不宜超过 6 跨，若需要超过 6 跨时，支座布置应检算靠近滑动型支座的固定型支座的位移量是否满足位移需求，再根据情况增设滑动型支座。

铅芯橡胶支座属于隔震支座。是在普通叠层橡胶支座的**插入铅芯，以改善橡胶支座阻尼性能。铅芯支座除能承受结构物的重力和水平力外，铅芯产生的滞后阻尼的塑性变形还能吸收能量，并可通过橡胶提供水平恢复力。

2014年同泰工程橡胶生产的LRB铅芯隔震支座代号

本例表示短边为 400mm、长边为 400mm，橡胶设计剪切模量 0.8MPa 的矩形铅芯隔震橡胶支座。代号表示示例2

例*：J4Q1320×1320×223G1.2表示4根铅芯的矩形支座．其长度A=1320(mm),宽度B=1320(mm)，高度h=223(mm)，剪切模量G=1．2MPa的铅芯隔震橡胶支座。

例二：J4Q1320×1320×223表示4根铅芯的矩形支座．其长度A=1320(mm)．宽度B=1320(mm)，支座高度h=223(mm)，剪切模量G=1 MPa的铅芯隔震橡胶支座。

LRB铅芯隔震橡胶支座的结构如下  矩形铅芯隔震橡胶支座 圆形铅芯隔震橡胶支座LRB铅芯隔震支座技术性能1本系列支座规格矩形分为 29 类：400×400，450×450，500×500，500×550，550×550，600×600，650×650，700×700，750×750，800×800，850×850，900×900，950×950，1000×1000，1050×1050，1100×1100，1150×1150，1200×1200，1250×1250，1300×1300，1350×1350，1400×1400，1450×1450，1500×1500，1550×1550，1600×1600，1650×1650，1700×1700，1750×1750。圆形分为 24 类：D350， D400， D450，D500，D550，D600，D650，D700，D750，D800，D850，D900，D950，D1000，D1050，D1100，D1150，D1200，D1250，D1300，D1350，D1400，D1450，D1500；针对项目的实际情况，本系列支座还可根据技术要求进行规格尺寸的特殊设计。2设计转角 θ(rad)本系列支座设计转角为：0.006rad当设计转角超出 0.006rad 或者客户有特别需求时可以根据实际情况进行特殊设计。3支座设计位移支座正常设计剪应变为 1.0，地震时为 2.0；当客户有特别需求时可以根据实际情况进行特殊设计。4温度适用范围本系列支座设计适用温度范围为-25℃～60℃。5 梁底坡度支座上座板顶面不设坡度；