结构隔震之橡胶支座分类及铅芯橡胶支座构造
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2023年09月11日 15:18:01
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橡胶减震支座的减震体系不管是在理论研究还是工程应用等方面,目前都已在许多国家迅速发展。 此减震体系主要是采用橡胶减震支座作为减震装置,可单独使用,也可与阻尼器共同作用,形成一个有效的减震体系,是一种竖向刚度大、竖向承载力高、水平刚度较小、水平变形能力大的减震装置。它既可以减小水平地震作用,又可以承受竖向地震作用,适用于房屋、桥梁等减震装置中,是目前世界上应用最多的减震装置。



橡胶减震支座的减震体系不管是在理论研究还是工程应用等方面,目前都已在许多国家迅速发展。

此减震体系主要是采用橡胶减震支座作为减震装置,可单独使用,也可与阻尼器共同作用,形成一个有效的减震体系,是一种竖向刚度大、竖向承载力高、水平刚度较小、水平变形能力大的减震装置。它既可以减小水平地震作用,又可以承受竖向地震作用,适用于房屋、桥梁等减震装置中,是目前世界上应用最多的减震装置。

橡胶支座根据所使用的橡胶材料和橡胶支座中是否加人铅芯,可分为普通板式橡胶支座、高阻尼橡胶支座和铅芯橡胶支座。


1、普通板式橡胶支座(LNR)

普通板式橡胶支座采用天然橡胶制作而成,由于天然橡胶拉伸性能较强、徐变较小、温度变化对性能的影响也不大。
普通板式橡胶支座具有高弹性、低阻尼的特点。普通板式橡胶支座本身不具备耗散能量的特性,它必须与阻尼器配合使用,形成具备弹塑性特性的减震系统。
目前最常用的阻尼器有黏弹性阻尼器(油、黏弹性等)、弹塑性阻尼器(铅、软钢等)、摩擦阻尼器(滑板制作等)。


2、高阻尼橡胶支座(HDR)

高阻尼橡胶支座采用的是黏弹性高阻尼的橡胶材料制作而成的,再通过高阻尼橡胶本身所具备的黏弹性对结构振动进行约束阻尼处理,从而达到耗散能量、减小地震作用的效果。
黏弹性高阻尼橡胶材料又有较好的延性,能在地震作用时延长结构的自振周期,进而避开了地震尖峰荷载的影响。
高阻尼橡胶支座不仅具有板式橡胶支座的所有性能,并且还具有较好的减震性能,能够有效地减小地震力对建筑结构造成的损坏。


3、铅芯橡胶支座(LRB)

铅芯橡胶支座是目前最普遍的一种减震系统,它是在普通板式橡胶支座的基础上,在其中间填人适当直径的铅芯而形成的,由于本身的屈服强度较低 (约 7MPa),又是一种理想的弹塑性体,所以在弹塑性变形条件下具有较好的疲劳性能,铅芯橡胶支座在水平荷载的反复作用下又可以保证良好稳定的滞回特性,被认为是一种较理想的阻尼器。当水平作用力较小时,铅芯橡胶支座可以延长建筑结构的振动周期,从而可以减小地震作用对建筑结构的影响。
各种橡胶支座的功能和作用相类似,在竖直方向可以承受建筑结构的恒载和活载,在水平方向具有较好的柔性,有稳定的弹性复位功能,能够满足较大变位的要求,使建筑结构的振动周期延长;同时,利用滞回阻尼或者黏性阻尼等吸收耗散振动能量,可提高建筑结构的 阻尼,从而实现减小地震作用的目标
铅芯橡胶支座般是用天然橡胶(剪变模量 G=0.8~1.2MPa)或者氯丁橡胶,还有纯度超过99.9%的铅制作而成,并由多层薄板橡胶和薄钢板相互叠合而成板式橡胶支座。
因为薄钢板会对橡胶板的横向变形产生约束,所以橡胶支座的竖向刚度非常大,能够支撑住上部结构产生的荷载;薄钢板对橡胶板的水平变形不产生影响,所以橡胶保持了其原有的柔韧性,这使支座具有了水平向柔性与恢复力的能力,进而使结构的振动周期延长了。
因为板式橡胶支座的滞回曲线接近直线,所以基本上没有耗能的特性,它的阻尼也非常小,在铅芯橡胶支座中主要起耗能作用的是铅。铅和其他品体金属一样,在合适的温度下,变形后又可以再重新结晶。晶粒受挤压后会存储一些变形能,这些变形能是铅再次结晶的动力,这样铅就起到了耗能的功能。
选择铅作为插人材料有两个原因:
一是铅再结晶的温度比室温低;
二是铅剪切屈服时的应力较小。
铅芯橡胶支座是一种减震支座,它是通过在板式橡胶支座的中间插人铅芯,来改善支座的阻尼特性。 如图 -3 所示,铅芯橡胶支座是由层状的橡胶钢板和铅芯组成,其中橡胶钢板起支撑荷载作用,铅芯起耗能作用。

在铅芯橡胶支座的上下均粘有特定厚度的钢板,以及在其中间插入特定数量的铅芯,这也是铅芯橡胶支座与普通板式橡胶支座的不同之处。铅芯橡胶支座中铅的数量是可以调整的,所以可以根据需要改变铅芯的直径或者截面面积来改变它吸收和耗能能力的大小。因此,设计这种 支座有很大的灵活性。
铅芯橡胶支座不但有减震的作用,还有阻尼的作用,所以它可以不需要另外再加设阻尼器,即可单独使用。这样组成减震系统,将会更加简单、更加节省空间,这对于施工时的操作也是有利的。
实际工程应用中,通常采用普通橡胶支座和铅芯橡胶支座组合使用方式,一般铅芯橡胶支座布置在结构周边,普通橡胶支座布置在结构中间,参考下图。

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