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北辰高阻尼橡胶支座的安装和其他隔震技术的研究

HDR高阻尼橡胶支座  2020/9/17 10:59:51  1525
内容摘要:近年来,四川频发的地震灾害,给道路、桥梁和住房等基础设施工程造成了毁灭性打击,也给人类社会带来了沉重灾难,如何最大限度地降低地震灾害的影响,进行有效的抗震结构设计,一直是工程师们思考和探索的难题。国际...

近年来,四川频发的地震灾害,给道路、桥梁和住房等基础设施工程造成了毁灭性打击,也给人类社会带来了沉重灾难,如何最大限度地降低地震灾害的影响,进行有效的抗震结构设计,一直是工程师们思考和探索的难题。

国际上20世纪80年代兴起的抗震方法——隔震、减震技术,目前仍被认为是结构抗震最有效的方法。以橡胶支座为代表的隔震元件,由于具有很高的抗压承载能力和很低的水平剪切刚度,是基础隔震用得最多的方式。在成都市“两快两射”二环路高架桥建设中,新建桥梁及旧桥顶升改造多处使用了北辰高阻尼橡胶支座,使桥梁具备了更高的抗震安全度,但是不能因此就停止对隔震、减震方法的思考和研究,必须追求更好、更先进的抗震结构设计。

1、高阻尼橡胶支座的工程应用

1.1高阻尼橡胶支座的原理

从目前国内外采用的隔震、减震技术来看,橡胶支座隔震是一种应用方便、隔震效果明显的有效抗震方法,它使传统的、被动的“以刚克刚”,转变为积极的“以柔克刚”。高阻尼橡胶支座作为新型、具有市场潜力的隔震装置被大规模应用于成都市“两快两射”二环路高架桥建设中,以确保桥梁安全。

高阻尼橡胶隔震技术是利用特制橡胶的粘弹性,使其在振动过程中将动能转化为热能,从而达到降低振幅的目的。高阻尼橡胶支座由上下连接钢板、高阻尼橡胶及内部加劲钢板组成。其中连接钢板是支座与建筑物、支座与地基连接的基础,同时也是传递支撑力的媒介;内部加劲钢板用于提高支座的竖向刚度,使其能够有效的支撑建筑物;而钢板间的高阻尼橡胶赋予支座吸收能量、弹性复位和承载能力。因此,高阻尼橡胶支座不但具有普通橡胶支座的承载特性,而且具有较高的阻尼性能,这使得高阻尼橡胶支座具有优良的抗震和抗冲击破坏能力。

普通的板式橡胶支座等效阻尼比在0.05以下,而超高阻尼橡胶支座可达0.18以上。高阻尼橡胶支座在地震时可延长桥梁结构自振周期,大幅减小桥梁上部结构加速度,使桥梁受力情况大为改善,具有很好的隔震效果。像北辰铅芯隔震橡胶支座一样,高阻尼橡胶支座适用于抗震设防烈度8度及以上地区,在这些地区设置高阻尼橡胶支座可以降低桥梁的总体造价。

1.2高阻尼橡胶支座的安装

1)通常安装高阻尼橡胶支座下部结构的钢筋都比较密,在设计和绑扎钢筋时应注意按设计厂家提供的安装图给锚固螺栓预留安装空间。

2)标出下预埋钢板中心,将下预埋钢板放置到下部结构并调整至设计标高,使下预埋钢板中心和下部结构中心重合,调整水平后点焊固定。

3)标出高阻尼橡胶支座中心,将高阻尼橡胶支座安放到下预埋钢板上,使高阻尼橡胶支座中心与下预埋钢板中心重合。将短螺栓穿过高阻尼橡胶支座下连接钢板的螺栓孔后扭入套筒内并拧紧,然后将长螺栓旋入套筒内并拧紧,拧紧后再回退1~2牙。

4)标出上预埋钢板中心,将上预埋钢板吊装到高阻尼橡胶支座上,使上预埋钢板和高阻尼橡胶支座中心重合。将短螺栓穿过高阻尼橡胶支座上连接钢板的螺栓孔后扭入套筒内并拧紧,然后将长螺栓旋入套筒内并拧紧,拧紧后再回退1~2牙。

5)用塑料薄膜或其他材料将高阻尼橡胶支座包裹起来,按设计要求支立模板,确保上下预埋钢板混凝土或灌浆料密实可靠,不能有空隙存在,支模过程中要避免碰伤或弄脏高阻尼橡胶支座。

6)为防止漏浆,可将上下预埋钢板与模板之间的空隙用纱布或泡沫填充,待拆除模板时再将其拆除打磨平整。

高阻尼橡胶支座

1.3高阻尼橡胶支座的检查和维护

1)支座在使用期间应定期进行检查和维护。

2)对于松动的螺栓,应检查其有无剪断情况,清洗、上油后重新紧固。

3)对连接钢板脱漆处,应重新补刷油漆。

4)当支座有不可修复的开裂等重大缺陷时应进行更换。

2、其他隔震方法的一些思考

橡胶支座是研究和应用最多、技术成熟并有大量成功应用实例的隔震技术,而其他隔震技术和方法理论上也能起到很好的效果,但由于各种局限性没有被大规模应用于工程实际。目前主要有以下2类隔震方法没有被大规模应用:滚动隔震和摩擦滑移隔震。

2.1滚动隔震

滚动隔震是在基础与上部结构之间铺设1层钢滚轴或滚珠,当发生地震时,滚轴或滚珠会滚动,使基础与上部结构间产生相对位移,从而减轻上部结构震动,保证上部结构安全。目前已经开发的双层双向滚轴隔震器,可以达到水平双向隔震的目的,只是施工工艺较为复杂,因此未大规模应用于工程实际。

滚动隔震具体有以下3种结构形式:

2.1.1自由滚轴隔震结构

由于结构的滚动摩擦力比滑动摩擦力小,因此有些专家建议采用自由滚轴隔震结构。自由滚轴隔震系统能够使很低的地震作用传递到上部结构,但这种系统没有复位能力,导致基底产生很大的滚动位移和残余位移,为克服这种缺点,可以用弹簧装置来限制基底位移。

2.1.2摩擦摆结构

摩擦摆如图7所示。摩擦摆结构是在美国发展起来的,已经通过了大量的分析和实验证明,而且已经得以实施。例如,美国旧金山的法庭大楼摩擦摆隔震器,采用钢支承内部组件,包括不锈钢的凹形表面
,其上有一不锈钢的关节滑动体。滑动体表面涂刷可承受高负载、低摩擦系数的合成材料。虽然摩擦摆系统具有复位功能,但它仍采用滑动摩擦力来减少地震响应,单纯使用效果并不明显。

2.1.3球形隔震结构
综合自由滚轴隔震结构和摩擦摆结构的特点,一些专家提出了具有恢复力功能的球形隔震结构,并进行了1/4比例的砖混结构震动模型实验。通过比较该结构与非隔震结构在地震波作用下的地震反应特性,具有恢复力功能的球形隔震结构响应将大大减小。然而实验数值表明,在某些地震波的作用下,结构会产生共振,因此必须要调整基底隔震装置的一些参数,使其自振频率远离地震波的主要频率,提高基底隔震结构的抗震能力,才能取得最好的效果,这无形中又给结构设计和应用增加了难度。

2.2摩擦滑移隔震

摩擦滑移隔震是在基础与上部结构之间铺设1层低摩擦材料,如:石墨、砂、滑石粉或特制金属板等。由于基础和上部结构的断开以及摩擦材料摩擦系数很小,使得基础和上部结构间可以产生较大的相对滑动,从而消耗地震能量,降低地震作用对上部结构的破坏,例如二环路高架桥中局部使用的四氟滑板支座。但是,由于在地震过程中上部结构和基础间产生很大位移,必须进行位移限制,只有解决了摩擦滑移隔震的自复位难题,它才能有更广阔的应用前景。

隔震技术和方法在理论上比较完善,但由于各种局限性实际工程应用很单一。在成都市“两快两射”二环路高架桥建设中,一系列隔震、减震装置的大规模工程应用,为今后将几种隔震方法结合应用提供了经验,也为推广隔震技术应用,提高桥梁结构抗震能力起到了很好的示范作用。

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