地震是一種實(shí)發(fā)性,毀滅性的自然災(zāi)害.它對人類社會構(gòu)成嚴(yán)重威脅。如何減少工程結(jié)構(gòu)在地震中遭受的損害,是一個現(xiàn)實(shí)而又重大的問題。對于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震方法,往往是通過結(jié)構(gòu)自身的強(qiáng)度,剛度,變形能力,耗能能力來達(dá)到抵御地震的目的.但是這種通過結(jié)構(gòu)自身彈塑性變形來耗散地震能量的方式也會給工程結(jié)構(gòu)帶來損傷。
目前.可以通過在工程結(jié)構(gòu)的特定部位加入特定減隔震系統(tǒng).由其與結(jié)構(gòu)共同抵御外界動荷載作用,改變或調(diào)整結(jié)構(gòu)的動力特性或動力反應(yīng),使工程結(jié)構(gòu)在地震和風(fēng)作用下的動力反應(yīng)(加速度,速度,位移)得到合理的控制,從而保證工程結(jié)構(gòu)的安全,這是積極主動的結(jié)構(gòu)抗震對策。當(dāng)前工程結(jié)構(gòu)中主要使用的減隔震系統(tǒng)有鉛芯隔震橡膠支座隔震系統(tǒng),粘滯流體阻尼器消能減震系統(tǒng)和兩者混合使用的減隔震系統(tǒng)。
采用鉛芯隔震橡膠支座的隔震系統(tǒng)主要是在工程結(jié)構(gòu)中安裝鉛芯隔震橡膠支座.并通過鉛芯隔震橡膠支座的集中變形吸收大部分地震能量,從而減弱地震輸入上部結(jié)構(gòu)的能量,臧小了上部結(jié)構(gòu)的振動.保證了結(jié)構(gòu)的安全。
采用粘滯流體阻尼器消能減震系統(tǒng)主要是在工程結(jié)構(gòu)的特殊部位安裝粘滯流體阻尼器,消耗掉在地震動中由于工程結(jié)構(gòu)的振動對結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加的部分能量來達(dá)到減少結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的目的.從而保證了結(jié)構(gòu)的安全。 而對工程結(jié)構(gòu)同時采用以鉛芯隔震橡膠支座隔震系統(tǒng)和粘滯流體阻尼器消能減震系統(tǒng)為主體的混合減隔震系統(tǒng),能夠通過隔震系統(tǒng)的集中變形有效地減弱地震對工程上部結(jié)構(gòu)的振動,同時又能通過消能減震系統(tǒng)減少隔震系統(tǒng)中產(chǎn)生的集中變形.可以有效地防止工程結(jié)構(gòu)自身的相互碰撞.從而更能有效地保證了工程結(jié)構(gòu)的安全。
以上減隔震系統(tǒng)中,鉛芯隔震橡膠支座和粘滯流體阻尼器的產(chǎn)品力學(xué)性能及其穩(wěn)定性是工程結(jié)構(gòu)安全的保證。
橋梁結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計隔震的概念,機(jī)理
如圖3所示.隔震目的就是將結(jié)構(gòu)與可能引起破壞的地面運(yùn)動盡可能分離開
要達(dá)到這個目的,可通過延長結(jié)構(gòu)的基本周期,避開地震能量集中的范圍,從而降低結(jié)構(gòu)的地震力,如圖4所示。但通過延長結(jié)構(gòu)周期以達(dá)到折減地震力,必然伴隨著結(jié)構(gòu)位移的增大,如圖5所示,從而可能造成設(shè)計上的困難。為了控制過大變形,可通過在結(jié)構(gòu)中引入阻尼裝置,以增加結(jié)構(gòu)的阻尼,減少結(jié)構(gòu)的位移。此外.從圖4可知.增加結(jié)構(gòu)的阻尼還可以同時降低結(jié)構(gòu)的動力加速度。
橋粱隔震技術(shù)是指通過采用隔震裝置來延長橋梁結(jié)構(gòu)的自振周期,臧少橋墩頂部的地震位移反應(yīng),同時減小上部結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng).保證了橋梁的安全。橋梁隔震的原理是依靠隔震裝置延長橋梁的自振周期,大幅度增加結(jié)構(gòu)的阻尼特性,從而降低橋粱結(jié)構(gòu)在地震中的加速度反應(yīng);同時可以將地震力均勻地分布到各個橋墩上,避免了地震力集中在某一個橋墩上。
(見圖6)
為了很好地實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的隔震體系,其中最關(guān)鍵的技術(shù)是生產(chǎn)出性能優(yōu)異,符合設(shè)計要求的隔震裝置。鉛芯橡臉支座具有制造簡單,性能良好穩(wěn)定,成本低的優(yōu)點(diǎn)。研制出性能優(yōu)異的鉛芯隔震橡臉支座是隔震設(shè)計得以順利實(shí)施的保證。基于以上幾個方面的原因,我公司從2000年開始,進(jìn)行了鉛芯隔震橡膠支座方面的研究。
鉛芯隔震橡膠支座的結(jié)構(gòu) 鉛芯隔震橡膠支座由鉛芯棒,橡膠層,鋼板等迭層帖結(jié)而成。鉛芯棒增大支座的阻尼,吸收能量;鋼扳提高支座豎向剛度,使之能有效地支承橋梁上部結(jié)構(gòu)和建筑物結(jié)構(gòu);橡膠層賦予支座高彈性變形及復(fù)位和承載的功能。因此,鉛芯抗震橡膠支座既具有較高的承載性,又具有較大的阻尼,大水平位移能力和復(fù)位功能.它是一種集支承與耗能于一體的隔震裝置。
鉛芯隔震橡膠支座的性能
鉛芯 隔震橡膠支座的靜力特性
橋梁是露天結(jié)構(gòu)物,采用的鉛芯隔震橡膠支座在材料,功能上應(yīng)能夠長期穩(wěn)定,因此鉛芯隔震橡膠支座應(yīng)具有良好的靜力特性。包括耐久性能,溫度穩(wěn)定性能,堅向承載能力。橋梁上使用的鉛芯隔震橡膠支座在發(fā)生地震時,將受到地震力的往復(fù)作用,因此,隔震支座在地震產(chǎn)生的反復(fù)荷載作用下還應(yīng)具有良好的動力特性。包括合適的剛度及阻尼,大變形能力及動力參數(shù)的穩(wěn)定性。鉛芯隔震橡膠支座與普通橡膠支座的性能比較
普通板式橡膠支座阻尼系數(shù)在5%以下,鉛芯隔震橡膠支座阻尼系數(shù)一般可在15%以上。鉛芯隔震橡膠支座在地震時可以延緩橋梁結(jié)構(gòu)周期,大幅減小橋梁上部結(jié)構(gòu)加速度,使橋梁受力情況大為改善,因而具有很好的隔震效果。因為使結(jié)構(gòu)物在地震時的受力狀況明顯改善.因而在8度以上地區(qū)設(shè)置鉛芯支座,可以降低橋梁的總體造價.橋梁上使用的鉛芯隔震支座與建筑上所用鉛芯隔震支座是有所區(qū)別的,它還必須具備有吸收橋梁上下微小震動和支承部位轉(zhuǎn)角的能力。
代號表示示例
例一:J4Q1320×1320×223G1.2表示4根鉛芯的矩形支座.其長度A=1320(mm),寬度
B=1320(mm),高度h=223(mm),剪切模量G=1.2MPa的鉛芯隔震橡膠支座。
例二:J4Q1320×1320×223表示4根鉛芯的矩形支座.其長度A=1320(mm).寬度B=1320
(mm),支座高度h=223(mm),剪切模量G=1 MPa的鉛芯隔震橡膠支座。
我公司鉛芯隔震橡膠支座在日本的性能試驗
公司對鉛芯隔震橡膠支座的研究
我們在鉛芯隔震橡膠支座的研發(fā)上投入了大量的財力,物力。擁有關(guān)于鉛芯支座生產(chǎn),使用方面的發(fā)明專利兩項。
鉛芯隔震橡膠支座規(guī)格尺寸及參數(shù)表鉛芯隔震橡膠支座安裝和維護(hù)
鉛芯隔震橡膠支座的安裝隨橋梁施工工藝不同而不同。對于現(xiàn)澆主梁的橋梁.一般先將上下連接板與支座上下鋼板固定相對位置,上好套筒螺拴,整體吊裝,安裝在設(shè)計位置上,進(jìn)行主梁澆灌。對于主梁預(yù)制吊裝的橋梁,則必須是上連接板與預(yù)制梁的預(yù)埋板焊接,焊接時一定要注意降溫,以免燒壞支座。不管是采用現(xiàn)澆梁法還是預(yù)制梁法施工,不管安裝何種類型的鉛芯隔震橡膠支座,為了保證安裝橡膠支座的施工質(zhì)量,以及調(diào)整,觀察和更換支座的方便,在墩臺頂必須設(shè)置支承墊石,橋墩支承墊石內(nèi)必須布置鋼筋網(wǎng)。
一,現(xiàn)澆梁時鉛芯隔震橡膠支座的安裝:
1,橋墩支承墊石應(yīng)預(yù)留套筒螺栓孔.
2,在橋墩支承墊石上按設(shè)計圖標(biāo)出支座位置中心線。
3,將上下連接板與鉛芯隔震橡膠支座鋼板連接起來.在上連接板上標(biāo)出位置中心線。
4,將支座備部件組裝好.
5,整體吊裝支座組件.找正縱,橫向設(shè)計中心位置.用四塊鋼鍥塊調(diào)整支座水平至設(shè)計標(biāo)高.支座的四角高差不得大干2mm.并使支座底板高出墊石頂面20~50mm.
6,用環(huán)氧砂漿灌注預(yù)留孔及支座底墊層。待砂漿硬化后拆除四塊鋼鍥塊.并用砂漿填滿空位.砂漿要求灌注密實(shí).
7,現(xiàn)澆主梁.為防止漏漿.可在上連接板與模板之間四周空隙處用紗布或軟木板填充.以后拆除模板時再除去。
二,鉛芯支座與上下連接體為焊接形式:
1,在預(yù)埋鋼板上按設(shè)計圖標(biāo)出支座位置中心線。
2,在上連接板上標(biāo)出位置中心線。
3,找正縱,橫向設(shè)計中心位置.整體吊裝支座.放置預(yù)埋鋼板之上。
4,點(diǎn)焊支座下連接鋼板與支承鋼板.準(zhǔn)確無誤后實(shí)施焊接.在焊接時一定要注意采取降溫措施.以免燒壞橡膠。一次焊接的焊縫長度不能大干10cm.等完全冷卻后再繼續(xù)焊接。
5,上部結(jié)構(gòu)就位后.按步驟4將上連接鋼板與上部結(jié)構(gòu)焊好。
6,清除焊渣.將焊縫及被燒壞油漆的部分噴上防銹漆底漆及面漆。
三,支座的檢查和維護(hù)
1,支座使用期間應(yīng)每年至少進(jìn)行一次定期檢查及維護(hù)。
2,松動螺栓.檢查有無剪斷.清洗上油.以免銹死.然后重新緊固:檢查焊縫油漆是否脫落.若有脫落需重新補(bǔ) 噴油漆。
3,清掃墊石周圍的雜物及灰塵。
4,定時撿查支座看是否已損壞.確定是否該更換。