2011 年日本 9.0 级地震中,仙台、福岛震中区的众多隔震建筑(包括超过 100 米的高层隔震建筑)均完好无损,室内设施和物品未发生移位,充分验证了隔震技术的可靠性。
架梁落梁时,T型梁的纵轴线与支座中心线重合;板梁、箱梁的纵轴线与支座中心线相平行。监理工程师应认识到支座施工安装质量的问题,加强支座施工安装环节的监督工作。监理应严格检查,合格后才能进入下一道工序。检查、处理原支座垫石的缺陷使结构完好,顶面工程及平整度符合设计要求。检查安装质量是否符合有关规程及标准的要求。
建筑结构中,简谐激励力 FI (Jω) 依次通过梁、支座、墩柱等构件传递,最终以 FO (Jω) 形式传递至基础,该传递过程可类比于电路中电流的流动;各构件两端的速度变化量类比于电路中的电压;YA、Y…、YN 分别为梁体(质量、刚度、阻尼)、各橡胶支座(刚度、阻尼)、各墩柱(质量、刚度、阻尼)的导纳,类比于电路中的电阻,为支座力学性能分析提供了直观的类比模型。
其隔震原理是通过支座的摆动,延长下部结构的自振周期,实现隔震功能。周期一般为桥梁固有周期的2倍以上,通常在2秒至6秒之间,以避免周期太大难以复位或周期太小导致梁体升高偏大。同时,通过滑动界面的摩擦消耗地震能量,实现减震功能。
四氟乙烯滑板式橡胶支座就是在普通式橡胶支座的表面粘复一层1.5MM-3MM厚的聚四氟乙烯材料时,它除了竖向钢度与弹性变形,能承受垂直荷载及适应梁端转动外,因聚四氟乙烯板的低摩擦系数,可使梁端在四氟板表面自由滑动,水平位移不受限制,特别适宜中、小荷载,大位移量的建筑使用。
密贴检查:支座安装后,应保证其上下表面与梁底和墩顶支承面全部密贴。
建筑结构:可用于房屋建筑,当结构遭受相当于本地区基本烈度的设防地震时,能使主体结构基本不受损坏或不需修理即可继续使用;当遭受罕遇地震时,经修复后可继续使用。例如泰达岳阳道小学项目的主教学楼就采用了建筑摩擦摆隔震支座技术。
全面调查,经综合考虑必要性、有效性、经济性、可行性和安全性确定处理方案,而且处理方案要有针对性;2.对各类材料,包括新更换的建筑橡胶支座质量等要加强检验;安装精度仍然要符合规范规定;3.施工安全性应考虑周全,统一指挥,施工过程中应有专人负责监控,确保人身和设备的安全;4.采用顶升法时,要认真做好测量、观察、记录工作。
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四氟乙烯滑板式橡胶支座(简称 “四氟板式支座”,型号系列为 GJZF4、GYZF4)是在普通板式橡胶支座表面粘覆聚四氟乙烯(PTFE)滑板制成,关键参数如下:荷载等级:100kN-10000kN,覆盖中小跨径至大跨度结构需求;滑板规格:聚四氟乙烯板厚度 1.5mm-3mm,表面粗糙度≤0.8μm,确保低摩擦特性;配套组件:需与梁底不锈钢板(厚度 2mm-3mm,镜面处理)搭配使用,形成滑移副。
建筑隔震板式橡胶支座具备优异的抗震性能:水平变形达 250% 时仍不影响使用,竖向承载力可稳定支撑建筑物;其隔震层具有可靠的弹性复位功能,能在多次地震中实现瞬时复位,该特性为冲突滑移隔震系统所不具备。
板式橡胶支座的检验项目按本标准的要求逐项检验按表2和表3外部项目进行检查时,如有一项不符合标准要求,则该件产品应判为不合格产品,不得出厂;按表4中的竖向刚度、水平刚度、屈服后水平刚度〔有芯型)、等效黏滞阻尼比项目进行抽检时,如有一项不符合标准要求,对同批产品加倍抽样对不合格项目复检,如仍有不合格项目时,则该批产品应判为不合格产品,不得出厂。
定期养护检查是确保支座长期性能的关键。需重点检查支座是否有异常变形、钢材是否锈蚀、聚四氟乙烯板与不锈钢板是否完好、滑移面是否清洁、润滑剂是否充足有效等,及时发现并处理潜在问题。对于滑板支座,相关设计规范对其在设计地震作用下的滑移行为应有明确界定,以为设计人员提供清晰的设计依据,避免对结构在地震中的实际响应特性判断不清。
基于性能的抗震设计方法在实际应用过程中迅速发展并走向成熟,目前已经在越来越多的结构类型中得以应用并取得很好的效果,如钢结构、钢—混组合结构等。值得一提的是,隔震结构和消能减震结构性能化设计一方面提升了结构自身的抗震性能,另一方面也促进了减隔震技术的发展。此外,性能化设计也不再单单局限于主体结构,其应用范围已经扩展到非结构构件,如砌体填充墙、玻璃幕墙、管道系统、照明系统、消防系统、通信设备等。
天然橡胶支座(LNR)结构相对简单,由纯橡胶层构成,具有较低的水平刚度和较高的竖向刚度。在阻尼性能方面,其阻尼比通常在 5% - 8% 之间,这使得它在一定程度上能够消耗地震能量。由于其造价相对较低,适用于 7 度以下设防区的一般性建筑,这些建筑对地震防护的要求相对较低,天然橡胶支座能够在满足基本抗震需求的同时,有效控制建设成本 。
球冠圆板式橡胶支座:在普通支座顶部设置球冠,能更好地适应梁端的转动,并有效调节受力状态。其平面各向同性的特点,使其尤其适用于布置复杂、纵横坡较大的立交桥及高架桥,常规坡度适用范围为3%~5%,可通过调整球冠半径来适应不同坡度需求。
隔震橡胶支座的核心原理是在建筑上部结构与基础之间设置柔性隔震层,通过支座的水平变形来延长结构自振周期,同时利用阻尼特性消耗地震能量。这种设计思路将抗震对象从考虑整个结构物的复杂抗震措施转变为专注于隔震装置的性能优化,使得结构物本身的设计与施工可参照一般非地震区的标准执行,极大简化了设计与施工流程。
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板式橡胶拉压支座特点:板式橡胶拉压支座是板式橡胶支座的衍生品种,核心结构为支座中心设置拉力螺栓,联接顶板与下滑板;下滑板、底板及锚固定架板间设不锈钢板与聚四氟乙烯滑板,实现支座纵向滑动,具备成本优势。
固定型支座常规状态下位移量不得超过支座设计正常使用剪应变,地震状态下位移量不得超过支座设计地震使用剪应变,这是保证支座正常工作的重要指标。
JZQZ型摩擦摆减隔震球型橡胶支座,在未发生地震时的作用与功能是与普通球型支座完全一致的,一旦地震发生时,建筑所能承受的水平力大于剪力螺栓的剪断力时,剪力螺栓被剪断,限位装置被打开,支座通过圆弧面之间的滑动延长了结构的震动周期,将梁体与墩台有效的隔离开来,使得大部分的地震能量无法从地下墩台传递到梁体上来。
隔震橡胶支座是建筑抗震的关键构件,通过柔性隔震原理削弱地震影响,核心特性如下:
建筑支座的布置方式:主要根据建筑的结构型式及建筑的宽度确定。建筑支座的布置主要和挢梁的结构形式有关。建筑支座的应用范围很广泛,但是要注意在施工过程中所产生的问题,这样才能保证建筑的安全与质量。建筑支座的主要功能是将上部结构的反力可靠地传递给墩台,并同时能适应梁部结构的变形(位移和转角〕。建筑支座更换施工注意事项对不同形式的建筑应采用不同的顶升方式。
研制、生产的产品有预应力智能张拉设备(数控张拉设备)、智能压浆设备、智能自动连续顶推千斤顶、智能自动连续提升千斤顶、前卡张拉千斤顶、张拉千斤顶设备、超高压张拉油泵、顶举千斤顶、顶管千斤顶、超薄型扁形千斤顶(支座更换千斤顶)、精扎螺纹锚张拉千斤顶、静载试验千斤顶、挤压机、镦头器、预应力真空泵、自动泵站、压浆泵、波纹管机、预应力工作工具锚具、固定端P型锚具、精扎螺纹钢锚具、冷铸镦头锚具、体外索锚具、低回缩锚具、连接器锚具、岩土锚具、岩锚隔离支架、预应力波纹管等四百多个品种规格,广泛应用于建筑、高铁、高层建筑、市政工程、水电站等工程领域。
因此,在安装橡胶支座时,对于当地温度差的变化必须有明确的了解。因此,在设计橡胶支座转角时必须考虑抗压弹性模量的变化范围。因此,在橡胶支座设计时不仅要控制竖向压应力,还必须对其转角加以严格控制。因此,支座的竖向承载力可大幅度提高。因此,只要善于运用,就可以利用预加应力获得改善结构使用性能和提高结构强度的效果。因此必须经常养护,损坏时要及时进行更换或修补。因此对形状系数大的橡胶支座,应适当增加橡胶层总厚度来提高其转动性能。因此关于板式橡晈支座的使用寿命的评估,还需要有长期的科学试验数据的积累。因此在顶推桥施工中采用四氟橡胶滑块时,有时发生四氟板与橡胶错位的现象。因此在伸缩缝端部设置混凝土锚固区域,以改善其受力的不利状况。
基础隔震技术是在建筑上部结构与地基这间采用柔性连接,设置足够安全的隔震系统,由于隔震层的隔震、吸震作用,地震时上部结构作近似平动,结构反应急仅相当于不隔震情况下的1/4-1/8(强震观测结果可达1/2-1/1,从而隔离了地震,通俗地说:使用隔震技术的房屋经历8级地震的震动仅相当于5级地不仅达到了减轻地震对上部结构造成损坏的目的,而且建筑装修及室内设备也得到有效保护。
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研究表明,采用隔震技术建造的建筑相较于传统抗震建筑,在保证安全度显著提升的同时,还能实现土建造价的节约:7度区节省3%-6%,8度区节省8%-14%,9度区节省15%-20%。
多类型适配场景:包括普通板式隔震支座、悬挂式隔震支座等。悬挂式隔震通过建筑构造悬挂设计,削弱地震波对主体结构的冲击,减少地震时建筑物的摇晃程度,适配不同结构类型需求。
“自由布置” 是近年来隔震支座的创新应用模式,核心设计:通过上下两块厚钢板(厚度≥50mm,材质 Q345B)作为受力载体,中间设置无数小型隔震垫(直径 100mm-200mm)或整体 “隔震毯”(面积根据结构尺寸定制);替代传统支墩与转换层,使上部结构、下部结构(地下室)均可自由布置,突破传统支座对结构布局的限制,尤其适用于大空间公共建筑(如展览馆、体育馆)。
摩擦摆支座的设计和应用体现了其在抗震领域的重要作用。它不仅在房屋建筑中得到应用,还被广泛应用于桥梁、大型储油罐等结构上。以桥梁为例,摩擦摆支座是桥梁构件减隔震领域的三款主要产品之一,与橡胶支座和钢阻尼支座并列。相比其他支座,摩擦摆支座因其较大的承载力和复位功能,在中大吨位桥梁中得到了广泛应用。例如,设计最大承载力达到180MN的摩擦摆支座已应用于实际工程中。
为确保橡胶支座产品性能,应执行严格的生产与技术标准,重视原材料选择、配方研发及工艺控制,同时加强制程与成品质量管理。制造企业须参照如《建筑抗震设计规范》等相关标准进行产品研发与认证,提高支座耐久性与可靠性。
应用优势:经过合理隔震设计的结构,在地震后通常只需对隔震装置进行检查,结构本身基本无需修复,能迅速恢复正常使用,社会与经济效益显著。
隔震层设置在地下室以上,上部结构以下(图。这也是笔者自己偏爱的。上、下两个完整的刚体,中间是柔性的隔震层,结构概念清晰明确,隔震构造比较容易实现并保持功能,当然到达地下室的电梯和楼梯还是要小小麻烦一下。电梯井筒多采用从隔震层以上下挂,如果是多层地下室,下挂的高度可能会达到十几米,如在建的北京新机场。为避免过大的下挂难度,也有在电梯井筒体下面设置橡胶支座或滑板支座的,仅考虑其竖向承载作用和可变形能力。楼梯需要在隔震层相应的位置结构分断,容易忽略的是,相应的扶手栏杆也需要分断。
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。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。
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