板式橡胶支座需通过耐火性能测试,具体要求:试验条件:采用木柴 + 柴油混合燃料(木柴:柴油 = 5:1),明火燃烧 1h(火焰温度≥800℃);冷却与检测:燃烧后自然冷却至室温,测试竖向极限压应力,与同批未燃烧支座的压应力变化率≤30%,且橡胶无开裂、钢件无严重锈蚀(锈层厚度≤0.3mm),视为合格。
国家标准《建筑摩擦摆隔震支座》(GB/T 37358-2019)已于2019年3月25日发布,并于2020年2月1日实施,该标准规定了建筑摩擦摆隔震支座的术语和定义、分类、规格、标记、一般要求、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存等。
规范量化要求:依据《建筑抗震设计规范》GB50011 第 12.2.15 条:多层建筑:需计算 “隔震与非隔震各层层间剪力的最大比值”,控制≤2.5;高层建筑:额外计算 “隔震与非隔震各层倾覆力矩的最大比值”,取与层间剪力比值的较大值,控制≤3.0。
无论技术形式如何创新,“隔震功能有效实现(地震时耗散能量)” 与 “持续实现(全寿命周期性能稳定)” 始终是核心 —— 需通过材料改良(如纳米改性橡胶)、智能监测(植入光纤传感器实时测应变)等技术,确保隔震体系长期可靠。
该支座主要由上、下固定板、滑动面、摩擦材料和连接件等部分组成。当地面发生震动时,建筑物会受到水平方向的地震力作用,这些地震力通过连接件传递给摆,使摆产生滑动。在滑动过程中,摆与摩擦材料之间产生摩擦力,从而将地震的能量转化为摩擦热,这种能量转化过程降低了地震对建筑物的影响,实现了减震效果。
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。
工艺与检验:在支座加工的全过程中,应有完善的工序质量控制体系与严格的质量检验记录。
配套钢板(尤其是不锈钢滑板)的加工精度直接影响支座滑动性能,常见问题及控制措施如下:若用户自行加工钢板,易出现表面光洁度不足(粗糙度 Ra 值超标)、平面度偏差过大(局部凸起或凹陷)等问题,导致支座滑移时阻力增大,甚至引发橡胶层剪切变形超标;规范要求:不锈钢板表面光洁度需达到镜面级(Ra≤0.8μm),平面度误差≤0.1mm/m,加工后需进行表面抛光处理,确保与聚四氟乙烯板的接触面积≥95%。
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摩擦摆隔震支座通常由上部结构连接板、球面滑动层、摩擦材料、复位装置和下部结构连接板等部分组成。当地震发生时,上部结构相对于下部结构产生水平位移,球面滑动层开始滑动,摩擦材料产生摩擦力,消耗地震能量。同时,复位装置提供恢复力,使上部结构在地震后能够恢复到原来位置。
钢筋种类及使用部位、钢绞线或高强钢丝种类及其对应产品标准,其他特殊要求(如强屈比等);钢支座:钢支座是靠钢部件的滚动、摇动和滑动来实现支座的位移和转动功能的。钢质边梁采用16MN精轧而成,锚固板及Φ16锚固筋具有良好的机械性能。高层、超高层结构应根据情况补充日照变形观测等特殊变形要求观测要求;高低跨处变型缝应采取能适应变形的密封处理。高强螺栓和螺母必须订做保护帽或塞,防止丝扣损伤。高阻尼橡胶支座(HDR),是在橡胶母材中添加碳或者其他元素,使叠层橡胶具有良好的阻尼性质。高阻尼橡胶支座(HDR)用复合橡胶制成的具有较高阻尼性能的隔震橡胶支座。
隔震技术应用的综合效益:(一)工程设计效益:在中高烈度地区,采用基础隔震技术的建筑可突破现行抗震规范中房屋层数与高度的限制:在保证高宽比的前提下,建筑层数可提高 1~2 层,直接提升建筑物容积率,节省建设用地,提高土地利用效率,兼具经济效益与社会效益。(二)施工工期与成本效益:隔震技术应用虽增加了隔震层施工工序,延长了该阶段工期,但上部结构构件配筋量可相应减少,钢筋制作难度降低,建筑材料与人工成本得以节约。通过对隔震与非隔震建筑施工工期的详细对比验证,两类工程总工期无明显差异,隔震技术应用不会造成整体工期延误。
采用时程计算楼层剪力和楼层倾覆弯矩应当在设防烈度下计算。如果在小震下计算楼层内力,隔震支座可能还没有产生非线性反应,不能反应隔震支座的效果;如果在大震下计算,那么上部结构也有部分区域进入飞线性,将这样的计算结果代入小震设计是不合理的。只有在中震下,隔震结构的隔震层进入非线性耗能过程,而上部结构基本保持弹性,计算得到的减震系数才能用于弹性设计中。此外,隔震结构的设计目标应当在设防烈度下上部结构基本完好,这点在水平减震系数的计算上反应;
梁的震害通常与支座性能密切相关,主要表现为桥台震害、桥墩震害、支座震害等引起的安全隐患,严重时可能导致主梁坠落,这是工程中需要极力避免的严重震害现象。
基础隔震技术是用水平力很柔的隔震元件将上部建筑与基础隔离,由于隔震层的刚度很小,当地震发生时,隔震层将发挥隔的作用,承受地震动引起的位移运动,而上部结构只作近似平动。原来的刚性抗震结构的地震反应是放大晃动型,而基础隔震结构的地震反应只是抗震结构的1/4-1/12,大大提高了结构的安全度。抗震结构的层间位移大,所以造成建筑的开裂、破坏甚至倒塌。基础隔震结构的层间变形很小,这样不仅建筑结构不会破坏,而且建筑内的装修、设施也保持完好。2004-10-2714:38:27
圆形球冠橡胶支座专为异形结构设计,分为两类:球冠圆板式支座:通过橡胶球冠调整受力方向,适应坡梁、曲梁的转角需求,竖向刚度稳定;聚四氟乙烯球冠圆板式支座:在球冠表面粘覆 PTFE 板,兼具转角与水平滑移功能,适用于大位移 + 大转角的复杂场景(如互通式立交桥)。
隔震原理分类:根据建筑物不同位置,隔震原理可分为四类,通过差异化隔震设计实现结构抗震保护。
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铅芯橡胶支座(LRB):在普通橡胶支座基础上内置铅芯,铅芯在地震时发生塑性变形,吸收并耗散大量地震能量。
降低房屋造价:由于隔震体系的上部结构承受的地震作用大幅度降低,使上部结构构件和节点的断面、配筋减少,构造及施工简单,大大节省造价。虽然隔震装置需要增加造价(约5%).但建筑总造价仍可降低。从汕头、广州、西昌等地建造的隔震房屋得知,多层隔震房屋比传统多层抗震房屋节省士建造价:7度区节省1%~3%;8度区节省5%~15%;9度区节省10%~20%,并且安全度人大提高。
通过技术创新,支座产品能够更好地适应复杂桥梁布置的需求,如坡桥、弯桥、斜桥及曲线桥等特殊线形桥梁。这些技术进步有效地改善了支座安装过程中可能出现的偏压、脱空等不良现象,提高了桥梁结构的整体可靠性。
普通橡胶支座:检测内容包括外购质量、内在质量、抗压弹性模量、抗剪弹性模量、极限抗压强度、抗剪老化性能。
四氟滑板橡胶支座四氟滑板橡胶支座是板式橡胶支座的一种重要变体,它在普通支座基础上增加了聚四氟乙烯滑板。
其他消能支座:如通过在支座顶板与橡胶板上方的钢衬板之间设置特殊界面(干摩擦面、阻尼材料等),在地震等水平力作用下通过相对滑动或变形来消耗能量,保护主体结构。
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。
滑移量问题:结构的滑移量随地震强度的增加而增大。
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橡胶支座是现代桥梁与建筑结构中至关重要的传力与减振组件,其核心功能是将上部结构的荷载(如压力、拉力)可靠地传递至下部墩台,同时适应由温度变化、混凝土收缩徐变、车辆制动及地震等引起的梁体位移(水平移动)和转角变形。此类支座以其构造简洁、经济性好、无需复杂养护、易于更换及建筑高度低等综合优势,在工程界得到了广泛应用。其卓越的缓冲与隔震性能,对于提升工程结构,尤其是在地震多发区或受复杂外力作用结构的安全性至关重要。
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。
板式橡胶支座承压后侧面波纹状凹凸现象由于板式橡胶支座是由多层橡胶与多层钢板交替平行叠置并通过硫化工艺相互粘连制成,橡胶层的厚度和钢板的厚度由板式橡胶支座的规格及形状系数确定,板式橡胶支座的单层橡胶厚度大致分为:5㎜、8㎜、11㎜、15㎜、18㎜,板式橡胶支座的单层钢板厚度大致分为:2㎜、3㎜、4㎜、5㎜。
梁体与支座垫石不平行,导致支座局部应力过大。
在我国,除了有橡胶隔震支座技术的研究和应用外,还有砂垫层隔震、石墨垫层隔震、摩擦滑移支座隔震及橡胶隔震支座与摩擦滑移支座并联复合隔震技术等。隔震技术的发展,可充分地适应各地区、城市及乡村的不同要求。基础隔震技术可作为地震防御区城市抗震防灾的措施之一,应用于防灾指挥中心、生命线工程、避难中心、救护中心以及居民住宅建筑的建设。可以预见,基础隔震技术将在防震减灾事业中起到巨大的积极作用。
基础隔震体系(以叠层橡胶支座为核心)的效益需从 “全生命周期损失” 视角衡量:直接效益:减少地震导致的结构破坏(如墙体开裂、梁柱折断),降低修复成本(较传统抗震结构减少 70%-80%);间接效益:避免内部财产损失(设备、家具)、人员伤亡,减少建筑物损坏导致的停工停产损失(如工厂、医院);社会价值:作为 “换代新技术、新产品”,可大幅提升建筑抗震安全性与行车舒适性,尤其适配地震高发区的公路桥梁、公共建筑,推广潜力巨大。
板式橡胶支座安装应遵循严格工艺流程:支座进场后,首先核查制造商提供的永久性标识;其次严格按照设计要求进行安装定位;确保支座在墩、台上的位置精确无误。
橡胶支座安装施工关键要点连接与固定:当支座板与墩台采用焊接连接时,需采用对称、间断焊接的方法,将下支座板与墩台上的预埋钢板牢固焊接,焊接过程中必须采取有效措施,防止烧伤支座本体及周边混凝土结构。若涉及连接螺栓安装,需将定位用连接螺栓穿过隔震橡胶支座连接钢板的螺栓孔,准确扭入套筒内并拧紧,确保连接稳固。
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