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,(1.侧表面垂直度可用直角尺或具有相应精度的量具测量。测量垫石顶面标高,如顶不平整,则用环氧砂浆抹平。测量放线。在支座及墩台顶分别画出纵横轴线,在墩台上放出支座控制标高。测量梁底标高,并根据设计纸提供的梁底标高进行复核,并将复核情况详细记录并妥善保存,作为交工文件之一。测量梁片与墩台之间的实践间隔,并察看放置千斤顶的地位及暂时支撑地位。测量设备显示建筑物发生了多达23厘米的水平位移。(图片:MORITRUSTCO.,LTD.)测量原支座和新支座的高度差,调整施工确保梁体、桥面高程符合设计要求。
罕遇地震下的性能要求:在罕遇地震作用下,规范要求对隔震支座进行严格的应力验算:竖向压应力需在允许范围内,同时竖向拉应力不应大于0MPa,以避免支座在往复运动中因受拉而失效。
此外,球型支座作为近年发展起来的先进类型,其转动设计能力可达0.01–0.02弧度,特殊设计甚至达到0.05弧度,适用于弯桥、宽桥等复杂结构形式。
板式橡胶支座转角检箅公式:支座用氯丁橡胶时,使用温度不低于-25C:天然橡胶不低于-40C。板式橡晈支座大容评剪切角A须满足TANA≤0.7快速加载产生的剪切角TANA≤0.25。绑筋支模前,测量人员先在垫层上弹定位墨线,确定变形缝的位置。绑扎铅芯隔震支座以上部分的钢筋,进行上部结构施工。保护层不得有空鼓、裂缝、脱落的现象。保护橡胶部的保护上部构体构筑时,为了防止损伤及污染橡胶本体,其四周用保护材料进行保护。保证桥跨结构在活载、温度变化、混凝土收缩和徐变等因素作用下的自由变形。保证伸缩缝和锚固区内按桥面纵横向设计坡度进行施工,尽可能减少车辆行驶的冲击力,延长伸缩缝的使用年限。
在我国,云南省因地震频发成为建筑减隔震技术推广应用的重点区域,当地学校、幼儿园等建筑已全面采用减隔震技术,相关要求可参考云南省住建厅《关于明确隔震减震建筑工程有关问题的通知》(云建震 2017-294 号),文件对技术应用细节作出了明确规范。减隔震技术的核心载体之一为建筑支座,其性能与运维直接影响工程抗震效果,本文将围绕橡胶支座的特性、施工、病害及问题处置展开阐述。
各种机械要尽量选择低污染型,同时做到合理操作、妥善保养,避免因非正常使用带来噪音或不良影响。根据测量记录确定支座垫石顶面标高的调整高度。根据该跨的位置,结合具体施工,准确核对该跨箱梁的支座的型式。根据工程需求参数,结合结构/非结构构件易损性数据库,确定评价对象所包含的全部构件的损伤状态;根据评价对象全部构件的损伤状态,评估其在给定地震水准下的修复时间、修复费用和人员损失;根据评价对象在给定地震水准下的修复时间、修复费用和人员损失指标,综合评价其抗震韧性等级。根据上部结构与支座转动中心的相对位置,球面转动方向可以与平面滑动方向一致或相反。
隔震与消能减震设计的核心优势是 “非线性、大变形集中于隔震支座与阻尼器”,具体体现:设计聚焦:仅需优化隔震构件(支座阻尼比、水平刚度),无需复杂计算上部结构非线性响应;分析简化:上部结构因地震作用降低(降幅 60%-80%),可按弹性变形分析,结果更可靠;修复便捷:震后仅需更换受损隔震构件,上部结构基本无损伤,降低修复成本。
板式橡胶支座早应用在法国郊外SAINFPENIS车站的钢桥上,到二十世纪六十年代,国外已在4000多座建筑上广泛应用,并且在二十世纪七十、八十年代都已有完整的萨准规范,确认了板式橡胶支座的工作原理、设计方法、产品加工公差及成品力学性能试验要求,德国、英国、美国、法国、印度等也都有了自己本国的标准。
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橡胶支座性能参数计算与影响分析水平刚度计算方法利用滞回曲线,板式橡胶支座水平刚度可按以下公式计算:\(K_{EQ}=(Q_+ - Q_-)/(U_+ - U_-)\)式中:\(K_{EQ}\)为橡胶支座水平刚度;\(U_+\)为最大水平正位移;\(U_-\)为最大水平负位移;\(Q_+\)为对应\(U_+\)的水平剪力;\(Q_-\)为对应\(U_-\)的水平剪力。
四氟板式橡胶支座不仅作为建筑支座使用,还广泛用于大跨径连续梁、顶推施工及大型设备滑移等场景。其结构下部与普通板式支座相同,上部设有一层厚度为1.5—2 mm的四氟板,采用特殊工艺与橡胶粘结,具备更强的位移适应能力。
铅芯橡胶支座 (LRB):在普通橡胶支座中压入铅芯。铅芯不仅提供了支座所需的早期刚度以抵御风荷载和微振动,其出色的耗能能力也大幅提高了支座的阻尼比,是建筑隔震体系中的核心元件之一。
摩擦摆隔震支座通常由上部结构连接板、球面滑动层、摩擦材料、复位装置和下部结构连接板等部分组成。当地震发生时,上部结构相对于下部结构产生水平位移,球面滑动层开始滑动,摩擦材料产生摩擦力,消耗地震能量。同时,复位装置提供恢复力,使上部结构在地震后能够恢复到原来位置。
该支座主要由上、下固定板、滑动面、摩擦材料和连接件等部分组成。当地面发生震动时,建筑物会受到水平方向的地震力作用,这些地震力通过连接件传递给摆,使摆产生滑动。在滑动过程中,摆与摩擦材料之间产生摩擦力,从而将地震的能量转化为摩擦热,这种能量转化过程降低了地震对建筑物的影响,实现了减震效果。
四氟板式橡胶支座不仅作为建筑支座使用,还广泛用于大跨径连续梁、顶推施工及大型设备滑移等场景。其结构下部与普通板式支座相同,上部设有一层厚度为1.5—2 mm的四氟板,采用特殊工艺与橡胶粘结,具备更强的位移适应能力。
性能验证与参数研究支座的力学性能是其核心价值所在。
天然橡胶支座的局限性:单纯的天然夹层橡胶支座自身阻尼特性较小,耗散能量能力有限,因此在有较高抗震要求的工程中,通常需要与其他专门的阻尼器或耗能装置配合使用。
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竖向承载能力高:相比其他支座,摩擦摆支座可承受更大的竖向荷载。
隔震层设置在地下室以上,上部结构以下(图。这也是笔者自己偏爱的。上、下两个完整的刚体,中间是柔性的隔震层,结构概念清晰明确,隔震构造比较容易实现并保持功能,当然到达地下室的电梯和楼梯还是要小小麻烦一下。电梯井筒多采用从隔震层以上下挂,如果是多层地下室,下挂的高度可能会达到十几米,如在建的北京新机场。为避免过大的下挂难度,也有在电梯井筒体下面设置橡胶支座或滑板支座的,仅考虑其竖向承载作用和可变形能力。楼梯需要在隔震层相应的位置结构分断,容易忽略的是,相应的扶手栏杆也需要分断。
基于性能的抗震设计方法在实际应用过程中迅速发展并走向成熟,目前已经在越来越多的结构类型中得以应用并取得很好的效果,如钢结构、钢—混组合结构等。值得一提的是,隔震结构和消能减震结构性能化设计一方面提升了结构自身的抗震性能,另一方面也促进了减隔震技术的发展。此外,性能化设计也不再单单局限于主体结构,其应用范围已经扩展到非结构构件,如砌体填充墙、玻璃幕墙、管道系统、照明系统、消防系统、通信设备等。
落梁控制:再次落梁时,需确保在重力作用下支座上下表面相互平行,且与梁底、墩台顶面全部密贴;两端支座需处于同一平面,控制梁的纵向倾斜度,避免支座产生初始剪切变形。
纳米改性橡胶材料也是一个重要的创新方向。通过在橡胶中添加纳米级别的填料,如石墨烯、纳米碳酸钙等,使橡胶的性能得到了极大提升。研究表明,添加 2% 石墨烯的橡胶材料,其耐臭氧老化性能提升了 50%,拉伸强度提高了 30%,达到≥18MPa 。在实际应用中,这种纳米改性橡胶支座在恶劣的自然环境下,能够保持更长久的性能稳定,有效延长了建筑和桥梁结构的使用寿命 。
构造原理:将承压的橡胶块紧密约束于钢制凹盆(钢盆)内,通过橡胶在三向受力状态下的高弹性实现转动,同时利用放在盆顶的特制聚四氟乙烯板与不锈钢板之间的平面滑动来适应梁体的水平位移。
上下水、暖气及燃气的进户管在隔震层处应设置水平向可任意错动的连接,可采用不锈钢波纹管等柔性接头。上支墩、顶板和梁混凝土施工橡胶隔震支座与上下结构间的关系如下图所示:上支墩底模支设、钢筋绑扎成品保护稍加修理即可继续使用设计0.000M标高所对应的标高值;设计不周设计时梁端部未能慎重考虑,在反复荷载作用下,梁端破损引起伸缩装置失灵。设计氟板支座模具时要注意储脂坑的方向。设计摩擦系数在常温下为0.03,低温下为0.05。设计上下承压钢板时,注意消除混凝土的不平整度。设计一般均按权限状态考虑,分别进行运台极限状态(SLS)和破坏极限状态(ULS)的检算。设计转角:0.006RAD和0.008RAD;伸缩缝安装时,要根据施工时的气温调节伸缩缝的设计宽度,以保证满足梁体伸缩量的佳要求。伸缩缝端部锚固区050CM左右)范围内,采用30-40号钢纤维混凝土,增强其抗冲击能力。伸缩缝端部锚固区处理不当是破损的主要原因。
硫化工艺控制:硫化过程中的时间与温度参数至关重要。不同规格的橡胶支座需要匹配相应的硫化时间,若未能达到规定时间,将导致内部胶料硫化不充分而形成"夹生"现象,严重影响产品最终质量。
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板式橡胶支座:自二十世纪三十年代国外开始研制,至今已有七十余年应用历史。国外橡胶工程界通过对不同形状系数、不同橡胶硬度的试件进行数千次应力 - 应变试验,明确了其工作原理,是工程中应用广泛的基础支座类型;
对于关键连接部位,如梁板与盖梁的连接区域,可考虑采用性能更高的阻尼支座产品。这类支座能够有效限制梁体纵向位移,在地震作用下通过适度变形耗散能量,提升结构整体抗震性能。
施工记录与监测:在隔震支座安装过程中,应详尽记录各关键步骤的施工情况。
此外,隔震支座作为橡胶支座的重要衍生类型,凭借其通过铅芯耗能、干摩擦面滑动消耗地震能量的特性,在抗震工程中广泛应用,可有效降低上部结构的地震响应;即使上部结构存在荷载、质量分布偏心(如质心不重合导致的扭转反应),隔震层也能显著削弱这种偏心效应,提升结构抗震安全性。
板式橡胶支座组装及注意事项:1.凡工厂配套提供的四氟滑板橡胶支座,应进行整体组装;2.凡待组装的零部件,应有工厂质检部门的合格标记;3.组装时,四氟滑板橡胶支座和不锈钢表面应用丙酮或酒精擦洗干净后,注满5201-2硅脂润滑油;4.支座外漏表面应平整、美观,组装的四氟滑板橡胶支座的公差应满足设计纸要求,并用螺栓或短钢筋临时固定,钢件表面部分,应进行有效防护,同时应标明支座中心位置;5.板式橡胶支座应设置防尘罩,构造要便于拆装。
国内:2012-2020 年橡胶支座需求年均增长 8%-10%,主要驱动力为地震高发区公共建筑隔震改造(如云南、四川)及高速铁路建设(可调高支座需求增加)。
圆形球冠板式橡胶支座的特点球冠橡胶支座的顶部为球冠状,底部一般采用有半圆形圆环或者四氟板(F,所以它能具有很好的各向同性的特性,因此在工作时能够既有效地适应建筑支点的转角位移需要,又能保证上部结构的荷载能有效地传递给下部结构,又可避免板式支座的边缘固偏心受力大容易破坏和脱空现象的发生。
具备自复位能力:可依靠上部结构所承载的重力重新回到平衡位置。
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