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北京新型滑動摩擦隔震橡膠支座研究

新型滑動摩擦隔震橡膠支座研究

　　新型滑動摩擦隔震橡膠支座的工作原理是：在無震或小震時，支座四周的豎向擋板和滑動體系共同承受豎向荷載;當?shù)孛婕�勵超過某一限度，即支座擋板被剪壞后，滑動面開始滑移，發(fā)揮隔震作用，這時即使地面激勵再增大，傳入上部結(jié)構(gòu)的地震力也不會隨之增加。因此，通過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：當無震或小震時，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，當支座所受的剪切力超過螺栓抗剪強度、支座變位亦即最大相對位移超限，上、下支座板就會錯位，此時上滑動面會落到滾軸上，滾軸開始發(fā)揮作用，如圖2所示。這時上部結(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上部結(jié)構(gòu)因為慣性而傳遞給橋墩的巨大的地震力，使其減小為因為摩擦引起的很小的摩擦力，但是該種支座存在著一些缺點，主要有：該支座不能提供橫向位移功能;不能提供轉(zhuǎn)動功能。因此單獨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)動能力的支座結(jié)合起來一起使用時，性能將會非常優(yōu)越，比如我們可以將普通支座通過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)動的功能，該滾軸式支座在無震或者小震時僅僅起到支撐作用，但當大震來臨時，滾軸式支座的周邊擋板被剪壞，滾軸開始發(fā)揮作用，就可以很好的隔斷地震荷載的傳播，起到保護橋墩的作用。

2、活動盆式橡膠支座和恢復裝置

　　通常所用的板式橡膠支座、鉛芯橡膠支座等，通過延長結(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盆式支座不具有自恢復力，因此梁體的平衡位置在地震作用下會不斷發(fā)生變化，導致梁體與墩臺之間的相對位移很難控制。特別是當支座滑動面與上部結(jié)構(gòu)接觸面出現(xiàn)偶然傾斜時，梁體的平衡位置會沿傾斜方向越來越遠離初始平衡位置，墩梁相對位移會越來越大。這種相對位移的累積不僅使震后支座有較大的殘余位移，難于修復，而且相對位移過大可能導致主梁發(fā)生落梁。基于上述特點，本文提出將固定盆式支座改為活動盆式支座，由活動盆式支座承受主要的豎向荷載，并采用具有一定自恢復力的彈塑性減震耗能裝置與其并聯(lián)使用。如圖3所示

　　試驗表明，活動盆式支座的動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，凡為活動盆式支座的彈性剛度，雙為臨界摩擦力，按下式計算：Fs=fxN

　　式中：fx一滑動摩擦系數(shù);

　　N一支座的豎向壓

　　由活動盆式支座和彈塑性恢復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，當位移u較小時，活動盆式支座尚未發(fā)生滑動，此時系統(tǒng)的剛度為活動盆式支座與彈塑性減震耗能裝置的彈性剛度之和Ks+Ka。由于活動盆式支座彈性剛度較大，所以此時水平地震力主要由活動盆式支座承受，彈塑性減震耗能裝置受力較小。隨著位移u的增大，活動盆式支座發(fā)生滑動，但彈塑性減震耗能裝置仍保持彈性，此時系統(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的進一步增大，彈塑性減震耗能裝置發(fā)生屈服，此時系統(tǒng)的剛度為彈塑性減震耗能裝置的屈后剛度rKa。可以看出，采用活動盆式支座和彈塑性減震耗能裝置組合后，合理地設(shè)計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盆式支座滑動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，這對于滿足不同的性能指標是有益的。