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上海建筑隔震支座技术原理设计和优点

桥梁橡胶支座  2020/11/30 1:49:02  10662
内容摘要:地震是人类社会面临的最严重的自然灾害之一,本文在对传统的抗震技术的回顾的基础上,介绍了建筑隔震技术的原理、优点、设计方法在高烈度地震区的应用。1引言随着人类生活水平的日益提高,人们对自身居住安全的重视...

地震是人类社会面临的最严重的自然灾害之一,本文在对传统的抗震技术的回顾的基础上,介绍了建筑隔震技术的原理、优点、设计方法在高烈度地震区的应用。

1引言

随着人类生活水平的日益提高,人们对自身居住安全的重视程度也越来越高,特别是在高烈度地震区,防震、抗震工作显得尤为重要。地震对建筑物的破坏,多数是由于地面的振动频率与建筑物主要结构构件的自然频率相偶合所致,它留给社会最惨烈的一幕莫过于建筑物的破坏和倒塌。近十年来,全世界平均每年约有1万人在地震中丧生,50万人无家可归。目前,一种以柔克刚的新型抗震技术-隔震技术,正日益受到人们的关注。

2建筑隔震技术

2.1“基础隔震”的基本原理

现代建筑“基础隔震”概念的基本原理是在建筑物上部结构与基础之间设置安全可靠的隔震柔性底层,使建筑物与基础隔开。这样,支撑在隔震系统上的整个建筑物在地震时便具有较大的剪切变形能力,使地震的各种破坏力对上部建筑物的直接拉力降至最小,减小上部结构的地震反应(一般可减小至1/5左右),确保建筑物在任何突发强地震中不被破坏和倒塌,是一种立足于“隔”的以柔克剐、以隔减震的积极抗震的方法。可以说,从“抗”到“隔”,是抗震设防策略的一次重大改变和飞跃。

2.2一隔震体系的优点

2.2.1明显有效地减轻结构的地震反应

由地震模拟试验结果可知:隔震体系的结构加速度反应只相当于传统结构(基础固定)加速度反应的l/3~1/10。这种减震效果是一般传统抗震结构所望尘莫及的。从而能非常有效地保护结构物或内部设备在强地震冲击下免遭任何毁坏

2.2.2确保安全

在地面剧烈震动时,上部结构仍能处于正常的弹性工作状态。这既适用于一般民用建筑结构,确保居民在强地震中的绝对安全,也适用于某些重要结构物和重要设备。

2.2.3减低房屋造价

据有关数据显示:采用隔震技术建造的房屋比传统抗震房屋节省房屋土建造价:7度区节省3%-6%,8度区节省8%~14%,9度区节省15%~20%。并且安全度大大提高。

2.2.4抗震措施简单明了

抗震涉及的对象从考虑整个结构物的复杂的不明确的抗震措施转变为只考虑隔震装置,简单明了。结构物本身与一般非地震区的做法无疑,设计施工大大简化。

2.2.5震后修复方便

地震后,只对隔震装置进行必要的检查更换。而无需考虑建筑结构物本身的修复,地震后可很快恢复正常生活或生产,这带来极明显的社会效益和经济效益。

2.3上海建筑隔震橡胶支座隔震的基本原理

在众多基础隔震构件中,建筑上海隔震橡胶支座是应用比较广泛的。隔震上海橡胶支座是由柔软的薄橡胶板和坚硬的薄钢板分层交替叠合、模压硫化而成。其中橡胶层与钢板紧密黏结,当橡胶支座承受上部结构的自重和使用荷载时,橡胶层的横向伸展受到钢板的约束,竖向刚度增大,使橡胶支座具有足够的竖向刚度和承载能力,有利于稳定地支承建筑物;当橡胶支座承受水平荷载时,其橡胶层的相对位移大大减小,使橡胶支座可达到很大的位移而不致失稳,并且保持较小的水平刚度。

从“基础隔震”的基本原理和橡胶支座结构功能分析可知,建筑隔震橡胶支座隔震的基本原理是在建筑物或构筑物基底或某个位置上设置橡胶支座,利用橡胶支座水平柔性的隔震层,通过此层吸收和耗散地震能量,以集中发生在隔震层的较大相对位移为代价,阻止或减轻地震能量向上部结构传递,减轻了上部结构地震反应,最终达到减轻上部结构遭受地震破坏的目。的。这种隔震技术不仅可以保证建筑物结构的整体安全,并且能够防止非结构部件的破坏,避免建筑物内部装修、室内设备的损坏及由此引发的次生灾害。

建筑隔震支座

3结构设计

3.1结构设计参数

建筑隔震橡胶支座结构设计时的主要参数有:

(1)形状系数,第一形状系数s1主要体现薄钢板对橡胶板的约束效果,第二形状系数s2主要反映橡胶支座在受压时的稳定性。根据国内外研究成果和工程经验,一般取s1≥15,s2=3~6。

(2)外形尺寸。已有研究结果表明:橡胶支座发生的水平变形在高达支座平面尺寸的60%时也是安全的,因此推荐的支座直径为d=dt/o.6(dt为最大水平位移)。实际应用中,一般取d=dt/o.55。橡胶支座的高度日可以根据形状系数和其他有关参数设定,对于φ400、φ500、φ600的支座,一般h分别采用150mm、175mm和200mm比较合适。

(3)夹层钢板厚度。橡胶支座的破坏表现为夹层钢板的断裂,钢板越厚,钢板发生屈服强度和屈服的位移量越大。钢板的厚度t。一般为2~4mm。

(4)胶层厚度及层数。在一定范围内,橡胶支座夹层钢板与胶层厚度之比越大,则支座的竖向承载力越大。

(5)铅芯直径。铅芯的大小直接影响到支座的阻尼,可以根据设计的阻尼性能选定。

3.2性能设计参数

橡胶支座的性能设计指标主要是指承载能力、刚度、阻尼特性等。

(1)竖向承载力。橡胶支座的s1越大,或者钢板抗拉强度越高、钢板与橡胶板的厚度比越大,则竖向承载力越大。

(2)压剪承载力与水平位移。压剪承载力是指橡胶支座在发生某一规定的水平变形下的竖向承载力。在竖向压应力为10~15mpa情况下,一般要求当支座的极限水平剪切变形达到350%时,橡胶支座也不会出现压剪破坏。

(3)水平刚度。橡胶支座的水平刚度kh.受橡胶材料性能、支座形状系数及压剪条件等诸多因素的影响。当支座s1≥15,s2≥5,竖向压应力≥15mpa,设计剪切应变≤350%时,可以按剪切情况计算kh。

(4)竖向刚度。为确保支座在使用中不产生过大的竖向压缩变形,必须保证支座有足够大的竖向刚度kv,一般由建筑结构设计时提出。影响kv的主要因素有橡胶的硬度及弹性模量、支座形状系数(s1、s2),以及竖向压应力和水平剪切变形。

(5)阻尼特性(阻尼比)。橡胶支座的阻尼比基本上代表了隔震结构体系的阻尼比。mrb、hd-mrb和lrb的阻尼比分别为3%~5%、10%~15%、20%~30%,因此lrb不需匹配阻尼器便可单独使用。

3.3橡胶与钢板的黏合技术

隔震橡胶支座是由薄钢板和薄橡胶板交互叠合、模压硫化而成,钢板与橡胶板的黏合强度关系到支座在承载时钢板对胶层的约束效果及在发生地震时的变形能力,因此黏合强度极为重要。目前钢板采用喷砂处理,涂上由含卤聚合物弹性体、黏合增进剂和偶联剂等组成的热硫化胶黏剂。双涂比单涂更佳,黏合强度一般都在15kn?m-1以上。

4结语

由于我国幅员辽阔,许多省、市都位于高烈度地区,所以抗震减灾的形势非常严峻,防震、抗震工作量大。用橡胶支座进行建筑物基础隔震的技术已比较成熟,其实际应用价值已得到了验证。加快这一技术的推广应用,特别是在高烈度地震区的应用具有重要意义,市场前景也十分广阔。

参考文献

[1]曹广明,何嘉焱.浅谈多层砖混建筑抗震设计的几点要求[j].黑龙江科技信息,2010,(18).

[2]李瑞明.关注地震灾害强化建筑抗震设计[j].中国新技术新产品,2009,(14).

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