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香港新型滑動(dòng)摩擦隔震橡膠支座研究

新型滑動(dòng)摩擦隔震橡膠支座研究

　　新型滑動(dòng)摩擦隔震橡膠支座的工作原理是：在無(wú)震或小震時(shí)，支座四周的豎向擋板和滑動(dòng)體系共同承受豎向荷載;當(dāng)?shù)孛婕��?lì)超過(guò)某一限度，即支座擋板被剪壞后，滑動(dòng)面開(kāi)始滑移，發(fā)揮隔震作用，這時(shí)即使地面激勵(lì)再增大，傳入上部結(jié)構(gòu)的地震力也不會(huì)隨之增加。因此，通過(guò)選取適宜的摩擦材料就可以控制傳入上部結(jié)構(gòu)的地震力。

1、滾軸式隔震橡膠支座

　　滾軸式隔震支座的作用原理是：當(dāng)無(wú)震或小震時(shí)，由支座四周的擋板承受豎向荷載，滾軸并不受力，其構(gòu)造示意圖如圖1所示。擋板由螺栓連接，當(dāng)支座所受的剪切力超過(guò)螺栓抗剪強(qiáng)度、支座變位亦即最大相對(duì)位移超限，上、下支座板就會(huì)錯(cuò)位，此時(shí)上滑動(dòng)面會(huì)落到滾軸上，滾軸開(kāi)始發(fā)揮作用，如圖2所示。這時(shí)上部結(jié)構(gòu)傳遞給橋墩的地震力僅僅是由于滾軸摩擦而引起的，其數(shù)值與使用普通支座時(shí)上部結(jié)構(gòu)傳遞給墩頂?shù)牡卣鹆ο啾燃航?jīng)小了很多。

圖1滾軸式隔震支座圖2滾軸式隔震支座作用示意圖

　　這種滾軸式支座具有非常好的隔震性能，能有效的隔斷地震時(shí)上部結(jié)構(gòu)因?yàn)閼T性而傳遞給橋墩的巨大的地震力，使其減小為因?yàn)槟Σ烈�起的很小的摩擦力，但是該種支座存在著一些缺點(diǎn)，主要有：該支座不能提供橫向位移功能;不能提供轉(zhuǎn)動(dòng)功能。因此單獨(dú)將其作為一種支座使用，其局限性是比較明顯的，但是如果我們將其和普通的具有橫向位移能力和轉(zhuǎn)動(dòng)能力的支座結(jié)合起來(lái)一起使用時(shí)，性能將會(huì)非常優(yōu)越，比如我們可以將普通支座通過(guò)焊接或者螺栓等的連接，安裝在該滾軸式支座的上部，由普通支座提供相應(yīng)的橫向位移、轉(zhuǎn)動(dòng)的功能，該滾軸式支座在無(wú)震或者小震時(shí)僅僅起到支撐作用，但當(dāng)大震來(lái)臨時(shí)，滾軸式支座的周邊擋板被剪壞，滾軸開(kāi)始發(fā)揮作用，就可以很好的隔斷地震荷載的傳播，起到保護(hù)橋墩的作用。

2、活動(dòng)盆式橡膠支座和恢復(fù)裝置

　　通常所用的板式橡膠支座、鉛芯橡膠支座等，通過(guò)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期，增加結(jié)構(gòu)阻尼，能夠有效的減小結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，但是其豎向承載力不高，因此僅在中小跨度的鐵路和公路橋梁中得到應(yīng)用。盆式支座由于其豎向承載力高而在大跨度鐵路和公路連續(xù)梁橋中得到廣泛應(yīng)用。但由于剪壞后的固定盆式支座和活動(dòng)盆式支座不具有自恢復(fù)力，因此梁體的平衡位置在地震作用下會(huì)不斷發(fā)生變化，導(dǎo)致梁體與墩臺(tái)之間的相對(duì)位移很難控制。特別是當(dāng)支座滑動(dòng)面與上部結(jié)構(gòu)接觸面出現(xiàn)偶然傾斜時(shí)，梁體的平衡位置會(huì)沿傾斜方向越來(lái)越遠(yuǎn)離初始平衡位置，墩梁相對(duì)位移會(huì)越來(lái)越大。這種相對(duì)位移的累積不僅使震后支座有較大的殘余位移，難于修復(fù)，而且相對(duì)位移過(guò)大可能導(dǎo)致主梁發(fā)生落梁。基于上述特點(diǎn)，本文提出將固定盆式支座改為活動(dòng)盆式支座，由活動(dòng)盆式支座承受主要的豎向荷載，并采用具有一定自恢復(fù)力的彈塑性減震耗能裝置與其并聯(lián)使用。如圖3所示

　　試驗(yàn)表明，活動(dòng)盆式支座的動(dòng)力回滯曲線類似于理想彈塑性材料的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系，凡為活動(dòng)盆式支座的彈性剛度，雙為臨界摩擦力，按下式計(jì)算：Fs=fxN

　　式中：fx一滑動(dòng)摩擦系數(shù);

　　N一支座的豎向壓

　　由活動(dòng)盆式支座和彈塑性恢復(fù)裝置組合而成的系統(tǒng)，其力一位移關(guān)系和滯回關(guān)系如圖4

　　從圖可以看出，當(dāng)位移u較小時(shí)，活動(dòng)盆式支座尚未發(fā)生滑動(dòng)，此時(shí)系統(tǒng)的剛度為活動(dòng)盆式支座與彈塑性減震耗能裝置的彈性剛度之和Ks+Ka。由于活動(dòng)盆式支座彈性剛度較大，所以此時(shí)水平地震力主要由活動(dòng)盆式支座承受，彈塑性減震耗能裝置受力較小。隨著位移u的增大，活動(dòng)盆式支座發(fā)生滑動(dòng)，但彈塑性減震耗能裝置仍保持彈性，此時(shí)系統(tǒng)的剛度等于彈塑性減震耗能裝置的彈性剛度Ka。隨著位移u的進(jìn)一步增大，彈塑性減震耗能裝置發(fā)生屈服，此時(shí)系統(tǒng)的剛度為彈塑性減震耗能裝置的屈后剛度rKa。可以看出，采用活動(dòng)盆式支座和彈塑性減震耗能裝置組合后，合理地設(shè)計(jì)彈塑性減震耗能裝置的彈性剛度Ka和屈服力Fy，可以使減隔震裝置系統(tǒng)在不同水平的地震作用下處于不同的工作狀態(tài)，比如在小震作用下活動(dòng)盆式支座滑動(dòng)而彈塑性減震耗能裝置保持彈性，中震或大震作用下彈塑性減震耗能裝置屈服等，這對(duì)于滿足不同的性能指標(biāo)是有益的。