隔震支座是基于建筑隔震技术发展而来的专用支座,通过在建筑物上部结构与基础之间以及上部建筑层间设置隔震层,利用软弱隔震层的大变形来减少地震能量的输入。隔震设计按照现行规范进行,与水平减震系数密切相关,这一参数是隔震设计的核心指标。
对于有芯型橡胶支座,屈服后水平刚度应根据R=100%,F=0.2HZ试验的第3条滞回曲线按下式确定:KPY=0.5(Q+-Q-)/(U+-U-)+︱(QY+-QY-)/(UY+-UY-)︱式中:KPY―建筑橡胶支座(有芯型)屈服后水平刚度,UY+―正方向屈服位移,UY-―负方向屈服位移,QY+一与相应的水平剪力,QY-―与?—相应的水平剪力橡胶支座的屈服后水平刚度(有芯型)等效黏滞阻尼比被试橡胶支座的等效黏滞阻尼比按下式计算,ζEQ=W/(2πQ+U+)(或ζEQ=W/[2πKEQ(U+)2]式中:ζEQ-建筑橡胶支座等效粘滞阻尼比,W-滞回曲线所围面积水平性能\水平极限变形能力.当橡胶支座在产品的设计压应力的作用下,水平缓慢或分级加载,绘出水平荷载和水平位移曲线,同时观察橡胶支座匹周表现,当橡胶支座外观出现明显异常或试验曲线异常时,视为破产品的耐久性能应按表8规定进行。
加劲钢板规格:夹层钢板厚度直接影响支座性能,钢板越厚,屈服强度及允许位移量越大,通常选用 2-4mm 厚钢板,需与橡胶层紧密粘合,确保整体受力均匀。
隔震支座的关键技术与应用优势,隔震技术通过柔性隔震层延长结构自振周期、增加阻尼,从而耗散地震能量。
在支座正式安装前,必须对支座的预设安装位置进行精密测量与复核。支座安装基准面需与支座的滑动平面或滚动平面保持平行,两者间平行度偏差应严格控制在2‰以内。
聚四氟乙烯滑板式橡胶支座的摩擦力计算不计制动力,应满足:μTRGK≤GEAGTANA计制动力,应满足:μTREK≤GEAGTANA式中,μT为摩擦系数;TANA为橡胶支座容许剪切角的正切值,根据是否计入制动力而取不同值;REK为由结构自重和汽车活载(计入冲击系数)引起的小支座反力;AG为支座平面毛面积。
成本与效益平衡:采用隔震技术虽会增加支座与装置的直接成本,但因此可降低上部结构地震作用,减小梁、柱截面尺寸,节约钢材与混凝土用量,整体工程造价未必增加,长期安全效益显著。
隔震橡胶支座的抗震工程价值:采用隔震技术后,建筑上部结构遭受的地震作用大幅降低,变形集中于隔震层,上部结构层间变形与加速度显著减小,地震时仅发生缓慢平动,不仅能有效保障人身与结构安全,还能保护建筑装修、家具及设备免受损坏。目前,利用橡胶支座进行建筑物基础隔震的技术已日趋成熟,实际应用价值得到充分验证。
.jpg)
耐久性高:球面滑动面采用高耐磨材料制成,具有较长的使用寿命和良好的耐久性。
目前,橡胶支座的技术标准主要参照行业标准JGJ7-91《网架结构设计与施工规程》和GB20668.4-2007《橡胶支座第4部分:普通橡胶支座》等规范文件执行。这些标准对支座的材料选择、生产工艺、性能测试和验收准则等方面都作出了明确规定。
橡胶支座水平刚度受橡胶性能、形状系数、压剪条件影响,仅当满足以下条件时,可按剪切情况计算 K_H:形状系数:S?≥15,S?≥5;受力状态:竖向压应力≥15MPa,设计剪切应变≤350%;材料参数:橡胶剪切模量按实测值(天然橡胶 23℃时约 0.8MPa,高阻尼橡胶约 1.5MPa)。计算公式:K_H = (G×A)/t(G 为橡胶剪切模量,A 为支座承压面积,t 为橡胶层总厚度)。
四氟乙烯滑板橡胶支座:在普通板式橡胶支座顶面粘贴一层聚四氟乙烯板制成。当活动支座的预期位移量较大时,若仅依靠橡胶的剪切变形,则需要异常厚的橡胶层,这既不经济也影响稳定性。此时,可选用四氟乙烯滑板支座,通过在梁底设置不锈钢板与之形成低摩擦副(摩阻力极小),通过滑动来满足大位移量的需求,实现梁体的顺畅伸缩。
橡胶支座的生产工艺尚未完全实现自动化,硫化前的工序仍以手工操作为主。关键生产环节包括:钢板下料:确保尺寸精度,尺寸不足会降低支座承载能力,尺寸过大则会减少侧保护层厚度,易导致露铁问题,使用过程中侧保护层易产生老化龟裂;裁片与叠层:这些工序的质量很大程度上依赖操作工人的熟练程度和技术水平;硫化成型:通过严格控制温度、压力和时间参数,保证橡胶与钢板的可靠粘结。
盆式橡胶支座作为一种常见的大吨位支座,具备显著的性能优势。其结构设计紧凑,摩擦系数保持在较低水平,能够提供卓越的承载能力。同时,该类型支座具有重量轻、结构高度小等特点,在转动和滑动方面表现出高度灵活性,且成本效益显著。这些特性使其特别适用于大跨度桥梁结构,如箱梁桥、斜拉桥和悬索桥等对支座反力要求较高的工程场景。
球冠支座受力:球冠型设计能改善受力状态,尤其在梁体落梁或现浇梁拆模初期,能更好地适应受力变化。
板式橡胶支座作为我国桥梁与建筑领域核心承重构件,其研发与应用始于1965 年—— 由上海橡胶制品研究所、上海市政工程研究所、上海市政设计院联合启动研制与性能试验,突破了橡胶 - 钢板硫化粘结、承载力优化等关键技术。此后,该技术逐步在全国推广应用,先后在广东、上海、山东、广西、福建、江苏、浙江、安徽等省份的公路桥梁中落地,覆盖简支梁桥、连续梁桥等多种结构形式,为我国早期交通基础设施建设提供了重要技术支撑,也为后续叠层橡胶隔震技术的发展奠定了基础。
.jpg)
关节支座:近年来发展的新型式,通过在支座内部设置特殊的关节节点来主导转动,特点是转动灵活性极高,但相应的水平位移能力可能受到特定设计的限制。
一般情况下可将抵抗外扭矩的抗扭支承布置在两侧桥台上(或一侧),为了满足全桥伸缩缝的构造要求,希望其变形方向沿着切线方向移动,为此在构造上必须采取一定的限制措施,此时,可在1个桥台上布置固定橡胶支座,其余墩台上的活动橡胶支座的移动方向为左右相邻橡胶支座的连线方向建筑隔震设计的基本原则建筑隔震设计可以加强建筑抗震性能,但在进行隔震设计时应当遵守以下几个基本原则,只有认真遵守这些原则,才能有效地、切实地提高建筑抗震效能。
对于板式橡胶支座厚度选择,由温度、混凝土干燥收缩、混凝土徐变产生的位移量合计:ΔLD=ΔLT+ΔLA+ΔLC=23.07MM然后计算由于桥面纵坡及汽车制动力产生的位移量:ΔLI==0.285CM=2.85MMΔLI==0.414CM=4.14MM两端采用等厚度橡胶支座时,按桥规规定制动力产生位移可以两端分担,则所选支座承担的总的位移量为:ΔLI=++2.85=16.5MM查JT/T4-1993交通部行业标准规格系列中GJZ支座300×350×47规格不计汽车制动力时大位移量为17.5MM,大于11.54MM。
竖向极限拉应力测试:通过仅施加轴向拉力并缓慢分级加载至破坏,可测得支座的竖向极限拉应力,为设计提供依据。
橡胶支座按结构型式可分为板式橡胶支座、四氟板式橡胶支座、盆式橡胶支座、球型橡胶支座等,不同类型适配不同工程需求。
经济性与适用性原则:对于标准跨径较小的简支板、梁桥,可选用结构简单的油毛毡垫层或橡胶平板支座。而对于有更高功能需求或更复杂受力情况的工程,则应选用相应的球型、盆式或隔震支座。
具体来说,建筑摩擦摆减隔震支座主要由钢板、摩擦材料和支承面板等组成。在地震等自然灾害发生时,它可以通过摩擦材料的摩擦力作用,将结构的位移转化为能够消耗地震能量的热量,从而达到减震的效果。同时,这种支座还可以使结构在地震等灾害发生时,迅速调整自身的振动状态,缩短回复时间,提高建筑的安全性。
板式橡胶支座需兼具特定刚度与柔性:垂直方向具备足够刚度,确保大竖向荷载下变形量小;水平方向保持柔性,可适应梁体因制动力、温度变化、混凝土收缩徐变及荷载作用产生的水平位移,同时适配梁端转动需求,为结构提供稳定支撑。
.jpg)
拱桥与支座形式:拱桥可根据拱轴线线形进行分类,不同线形对应不同的力学特性。支座的选择需与之匹配。
隔震橡胶支座技术在国内外部已得到广泛应用,特别适用于重要公共建筑,包括政府办公楼、医疗设施、法律司法中心、数据处理中心、博物馆、科研实验室、图书馆设施、历史保护建筑以及应急指挥机构等。随着技术标准的不断完善和工程实践经验的积累,建筑隔震技术将持续优化发展,为提升建筑抗震安全性能提供更加可靠的技术支持。
支座的核心功能是将上部结构反力可靠传递至墩台,同时完成梁体所需的水平位移与转角变形。其变形能力取决于橡胶的弹性模量与钢板约束效应——胶层较厚时变形能力增强,但需平衡抗压刚度以避免失稳。
适用范围广:适用于各种不同类型的建筑物和桥梁,包括新建和既有结构。
纳米改性橡胶材料也是一个重要的创新方向。通过在橡胶中添加纳米级别的填料,如石墨烯、纳米碳酸钙等,使橡胶的性能得到了极大提升。研究表明,添加 2% 石墨烯的橡胶材料,其耐臭氧老化性能提升了 50%,拉伸强度提高了 30%,达到≥18MPa 。在实际应用中,这种纳米改性橡胶支座在恶劣的自然环境下,能够保持更长久的性能稳定,有效延长了建筑和桥梁结构的使用寿命 。
橡胶支座的关键力学性能指标包括抗压弹性模量、抗剪弹性模量、水平抗剪倾角、不锈钢板摩擦系数、极限抗压强度、竖向极限拉应力等,这些指标是产品进场检测的核心依据。
复位特性:由于隔震装置具有水平弹性恢复力,使隔震结构体系在地震中具有瞬时自动“复位”功能。地震后,上部结构回复至初始状态,满足正常使用要求。阻尼消能特性:隔震装置具有足够的阻尼C,即隔震装置的荷载F-位移U曲线的包络面积较大,具有较大的消能能力。较大的阻尼C可使上部结构的位移明显减少。
支承垫石通用要求:橡胶支座安装需设置支承垫石,混凝土强度需符合设计标准,顶面标高准确、表面平整;平坡工况下,同一片梁两端支承垫石水平面需保持同一平面,相对误差≤3mm,避免支座偏歪、受力不均或脱空。当建筑纵坡坡度≤1% 时,板式橡胶支座可直接设于墩台,但需考虑纵坡影响调整支座厚度。