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高邑高阻尼隔震橡胶支座设计规范及选用原则

双林橡胶  2020/5/15 6:00:49  1421
内容摘要:为了减小地震引起桥梁结构的破坏,各国学者对桥梁结构的减震、隔震进行了广泛、深入的研究,并取得了大量的研究成果。研究成果表明:对于桥梁结构比较容易实现和有效的减隔震方法主要是采用减隔震支座装置。在日本、...

为了减小地震引起桥梁结构的破坏,各国学者对桥梁结构的减震、隔震进行了广泛、深入的研究,并取得了大量的研究成果。研究成果表明:对于桥梁结构比较容易实现和有效的减隔震方法主要是采用减隔震支座装置。在日本、美国、新西兰等国家的许多桥梁都安装了减隔震支座,并取得了较好的减隔震效果。由于橡胶支座能通过剪切变形使上、下部地震运动隔离,且具有构造简单、加工制造容易、用钢量少、成本低廉、安装方便等优点,因而成为最常用的一种隔震支座。目前,国内常用的橡胶类隔震支座主要有高邑高阻尼橡胶支座和铅芯橡胶支座。

1、高阻尼隔震橡胶支座是采用高阻尼橡胶材料与钢板等结构件硫化而成的一种橡胶支座,具备良好的阻尼性能。高阻尼橡胶支座既可以保持叠层橡胶支座所具有的良好力学特性,同时具有较高的阻尼值,在地震中可以有效地吸收地震能量、减轻地震响应。

2、支座结构设计

〖HDR系列高阻尼隔震橡胶支座〗是按照现行国家标准(GB 20688)、交通运输行业标准《公路桥梁高阻尼隔震橡胶支座》及相关行业规范,并同时参照欧洲标准研制的减隔震类桥梁标准构件系列产品,属省部级重大科技攻关项目资助研发的专利技术成果(ZL 200820140412.5、ZL 200920245753.3),该系列产品通过了省部级科技成果鉴定(陕科鉴字[2010]第097号)及相关认证,适用于9度及以下地震烈度区的各类公路及市政桥梁。

2.1 设计依据

《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)

《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ 77-98)

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)

《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)

《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166-2011)

《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)

《橡胶支座:桥梁隔震橡胶支座》(GB 20688.2-2006)

《橡胶支座:隔震橡胶支座试验方法》(GB/T 20688.1-2007)

《公路桥梁高阻尼隔震橡胶支座》(报批稿)

《Structural bearings- Part 3: Elastomeric bearings》(EN 1337-3:2005)

《Anti-seismic devices》(EN 15129-2009)

2.2 支座分类

2.2.1 按结构形式分类

依据支座不同的抗震技术性能,支座本体与锚固件(或预埋件)间的连接形式及支座与梁、墩的锚固(连接)形式,HDR系列支座可划分为如下两种类型(两个系列,参见下图):

Ⅰ型——支座与墩、梁间采用套筒连接,支座顶面、底面均设预埋钢板,上、下支座钢板和套筒间采用锚固螺栓连接,上、下预埋钢板与套筒间采用配合焊接。

Ⅱ型——支座与墩、梁间采用套筒连接,支座底面不设预埋钢板,底钢板和套筒间采用锚固螺栓连接,上预埋钢板与顶钢板间采用剪力卡榫连接,上预埋钢板与套筒间采用配合焊接。

高阻尼隔震橡胶支座

2.2.2 按本体形状分类

圆形隔震橡胶支座——支座本体平面形状为圆形

矩形隔震橡胶支座——支座本体平面形状为矩形

2.3 支座型号

支座型号表示方法如下:

HDR(□)-□-G□-e□

支座设计剪切方向(纵桥向)剪切位移量,可省略;

支座设计剪切模量,分为0.8MPa,1.0MPa,1.2MPa;

支座规格,圆形d h,矩形la lb h,单位为毫米(mm);

支座结构类型,分为Ⅰ型和Ⅱ型;

公路桥梁高阻尼隔震橡胶支座名称代号。

示例1:

Ⅰ型圆形高阻尼隔震橡胶支座,直径520mm,高度207mm,剪切模量1.0MPa,型号表示为:HDR(Ⅰ)-d520×207-G1.0。

示例2:

Ⅱ型矩形高阻尼隔震橡胶支座,纵桥向尺寸370mm,横桥向尺寸420mm,高度136mm,剪切模量0.8MPa,型号表示为:HDR(Ⅱ)-370×420×136-G0.8。

注:支座规格中平面尺寸已包含橡胶保护层厚度10mm。

2.4 产品特点

水平变位能力强,可有效吸收地震能量;

结构复位能力强,基本不发生残余位移;

材料阻尼效果好,具有良好的耗能能力;

产品结构、功能灵活多样,适用范围广;

改善受力,经济环保,降低工程总造价;

安装及检修更换方便,运营维护成本低。

3 支座技术性能

3.1 支座规格

圆形支座分为25类:

d270,d295,d320,d345,d370,d395,d420,d445,d470,d520,d570,d620,d670,d720,d770,d820,d870,d920,d970,d1020,d1070,d1120,d1170,d1220,d1270。

矩形支座分为55类:

270×270,270×320,270×370,320×320,320×370,320×420,370×370,370×420,370×470,420×420,420×470,420×520,470×470,470×520,470×570,520×520,520×570,520×620,570×570,570×620,570×670,620×620,620×670,620×720,670×670,670×720,670×770,720×720,720×770,720×820,770×770,770×820,770×870,820×820,820×870,820×920,870×870,870×920,870×970,920×920,920×970,920×1020,970×970,970×1020,970×1070,1020×1020,1020×1070,1020×1120,1070×1070,1070×1120,1070×1170,1120×1120,1120×1170,1120×1220,1170×1170。

3.2 设计转角θ(rad)

本系列支座设计转角不小于0.006rad。

3.3 设计水平力

HDR系列支座可承受的设计水平力详见各规格尺寸支座的设计参数表;

3.4 温度适用范围

本系列支座设计温度适用范围为-40℃~+60℃。

3.5 设计阻尼比

HDR(Ⅰ)-G0.8和G1.0型支座设计阻尼比为15%,G1.2型支座设计阻尼比为17%;

HDR(Ⅱ)-G0.8和G1.0型支座设计阻尼比为12%,G1.2型支座设计阻尼比为15% 。

3.6 梁底坡度调整

支座顶面不设坡度;

现浇梁的坡度:由梁底设置的预埋钢板或楔形混凝土块调整;

预制梁的坡度:可在预制梁时通过支座上部的预埋钢板调整,也可在梁底预埋平钢板后在支座顶面加设楔形调坡钢板;当坡度较大时,则应采用在梁底设置楔形混凝土块调整。

注:若项目有特殊需求,本系列支座以上各技术性能参数均可进行定制设计。

4 支座布置原则

本系列支座布置时,应根据桥梁的结构型式、跨径、联长及桥梁宽度等参数具体确定其原则。

4.1 主要桥型的支座布置方式示意如下,供设计时参考:

4.2 支座布置时应检算支座的设计位移量是否满足桥梁因制动力、温度和混凝土收缩徐变等共同作用及地震力引起的位移需求。

4.3 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,应检算次边墩处HDR系列支座的位移量是否满足位移需求,再根据计算情况增设滑动型支座或进行定制设计。若跨数为1跨或2跨时,全联支座宜全部采用固定支座。

4.4 HDR系列矩形支座宜采用支座短边与纵桥向平行布置,当桥梁横向尺寸受限时,可采用支座长边沿纵桥向布置。

5 高阻尼隔震橡胶支座选用原则

5.1 支座验算时,正常使用状态下支座剪切角α正切值,当不计制动力时,tanα≤0.5;当计入制动力时,tanα≤0.7。

5.2 支座验算时,罕遇地震状态下支座的剪切应变不宜超出表1中容许剪应变 e,还应检算所选用支座的力学性能是否满足相应地震力作用下的使用要求,并综合考虑桥梁的结构形式、技术性能特点、施工工艺要求及造价等因素。

5.3 本系列同样竖向承载力大小的支座,其水平刚度随橡胶设计剪切模量G值增加而相应增大,但适应变形的能力随G值增加却相应降低,因此,工程技术人员在选型时,应当根据每座桥梁的具体情况或要求进行选取,以优化结构受力及使用性能。

5.4 HDR系列高阻尼隔震橡胶支座的常规选型流程为:

确定支座结构型式(Ⅰ型、Ⅱ型)→橡胶剪切模量G(G0.8、G1.0、G1.2)→支座适应转角θ→支座本体形状(圆形、矩形)→设计竖向承载力→设计剪切位移量→校核计算或优化设计→(反复)。

5.5 根据桥梁所在地区的抗震设防烈度和场地类型,表2中列出了通常情况下HDR系列支座选型推荐方案,供工程技术人员参考。

5.6 支座选型时,应当考虑其与桥梁结构的配套适应性,并应满足实际桥梁结构的空间位置要求;此外,预埋钢板、套筒和锚杆等配套附属件的设计选取应当安全、适用、经济、合理,应避免与结构受力钢筋相干扰或冲突,如有必要应当进行定制优化设计。

6 减隔震计算

〖HDR系列高阻尼隔震橡胶支座〗不仅保持了叠层橡胶支座的良好力学性能,同时具有较高的阻尼比,在地震中通过高阻尼橡胶在水平方向的大位移剪切变形及滞回耗能吸收地震能量,隔离桥梁上、下部结构的地震运动,延长结构自振周期,减小地震作用力,从而实现减隔震功能。

桥梁结构的抗震分析应根据《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)相关条文的要求进行,通常可以采用反应谱法、动力时程法和功率谱法等。在减隔震设计阶段,对于复杂桥型、采用比较特殊减隔震装置的桥梁、结构动力特性比较复杂的桥梁,均建议采用非线性动力时程分析方法。本产品依据国内外先进规范要求,推荐采用非线性动力时程分析方法。

减隔震桥梁的计算模型应正确反映减隔震装置(HDR系列高阻尼隔震橡胶支座)的力学特性。当采用反应谱分析方法时,本系列支座的力学特性可按等效水平刚度和等效阻尼比进行模拟,支座的等效水平刚度和等效阻尼比见后附图表所列参数;当采用非线性动力时程分析方法时,本系列支座的力学性能可按等效双线性恢复力模型模拟,HDR系列支座和LNR滑动型支座的恢复力模型如图11和图12所示。

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