任何一项与建筑结构安全相关的新技术的推广,通常都将经历研究、试验、试点再到广泛应用的较长过程。抗震新技术尤其要经过发生概率较低的大地震的实际检验方可推广应用。橡胶隔震支座经历了近50年的研究发展,目前橡胶隔震支座结构简单、造价合理、理论和试验研究成果比较丰富和完善,且经历多次地震检验效果明显,标准相对健全,技术较成熟,已进入推广应用期。在今后较长时期橡胶隔震支座将成为建筑隔震依托的主要产品。目前,我国建筑上使用多的是普通橡胶支座和铅芯橡胶支座。普通橡胶支座阻尼较小,地震作用下的水平位移较大,但变形后的恢复性能好。铅芯橡胶支座在罕遇地震作用下水平位移较小,但是对于高频波的隔震效果相对较差,且上部结构高振型影响较大,针对两种橡胶支座的性能特点,通常采用两种橡胶支座合理组合的建筑隔震体系可以达到较好的隔震效果,同时隔震层罕遇地震下的变形也能得到较好的控制。由于铅芯橡胶支座在生产和使用过程中存在环境污染风险,所以国际上开始探索使用高阻尼橡胶支座作为升级替代产品,高阻尼橡胶支座阻尼和水平刚度依赖于应变频率和幅值,对高频波的隔震效果较好。高阻尼橡胶支座对橡胶材料性能要求较高,影响支座性能的因素较多,在试验研究及结构设计上尚有许多难点需要突破。另外,由于市场工艺水平的限制,过去我国建筑隔震支座产品尺寸较小、性能不稳定、产品繁杂,随着工艺水平的提高,标准化的高性能大尺寸隔震产品必将成为主流,以适应更高的建筑抗震性能要求。
这种支座除了具有GJZ板式橡胶支座的所有功能外,还使上部构造的水平位移不受支座本身剪切变形量的限制,能满足一些建筑的大位移量需要。
与普通板式橡胶支座不同的是:聚四氟乙烯板式橡胶支座不是通过支座的剪切变形来实现梁的水平位移,它主要通过梁底不锈钢板与摩擦系数很小的四氟板来回滑动,实现梁的水平位移,四氟板式胶支座可以适应较大跨径及多孔连续梁桥的伸缩位移。
为此,只要在建桥初期,严厉扼守支座产物质量关,严厉依照建筑支座施工标准进行施工,才干有用防止建筑建成后改换支座,使建筑能有持久的运用寿命当建筑纵坡坡度不大于1%时,板式橡胶支座可直接设置于墩台上,但应考虑纵坡影响所需要的厚度。
JZQZ摩擦摆减隔震支座的正常摩擦系数为不大于0.03,减隔震摩擦系数不大于0.05,温度为-40℃-60℃,剪力螺栓需要按照客户要求在竖向承载力的5%-15%范围内进行设计,如果未经注明则按照竖向承载力的10%进行设计。
该支座通常由上、下两部分组成,上部连接桥梁或建筑物,下部连接基础或桥墩,中间通过钢板和轴承实现连接,同时在钢板和上、下部之间设置了摩擦体,从而形成一定的摩擦阻力。
1994年洛杉矶地震,采用建筑隔震技术的USC大学医院功能基本完好;1995年日本阪神地震中,采用橡胶支座隔震的建筑,经受住地震的考验,隔震性能良好。
固定橡胶支座的应按如下要求布置:在坡道上,设在较低一端;在车站附近,设在靠近车站一端;在区间平道上,设在重车方向的前端;当出现重叠的状况的时候,应该满足坡道上的要求,特殊情况,不许将相邻两孔的固定橡胶支座设在同一个桥墩上。
(图一)抗震支座LNR700
据专家介绍,橡胶隔震垫是由薄橡胶板和薄钢板分层交替叠合,经高温、高压下整体硫化而成,它可以有效减轻地震反应70%~90%。
随着人类生活水平的日益提高,人们对自身居住安全的重视程度也越来越高,特别是在高烈度地震区,防震、抗震工作显得尤为重要。地震对建筑物的破坏,多数是由于地面的振动频率与建筑物主要结构构件的自然频率相偶合所致,它留给社会惨烈的一幕莫过于建筑物的破坏和倒塌。近十年来,全平均每年约有1万人在地震中丧生,50万人无家可归。目前,一种以柔克刚的新型抗震技术-隔震技术,正日益受到人们的关注。
防水设计前,应对建筑物环境特点进行充分了解,建筑支座,严格按规范要求确定屋面防水等级和设防要求;防水设计时,要严格按照设计规范和规程进行,不能照搬其他建筑防水设计方案,要尽量利用结构构造找坡,橡胶支座,并深化构造节点设计,设计出符合防水要求的方案,做到细致合理。
对于有芯型橡胶支座,屈服后水平刚度应根据R=100%,F=0.2HZ试验的第3条滞回曲线按下式确定:KPY=0.5(Q+-Q-)/(U+-U-)+︱(QY+-QY-)/(UY+-UY-)︱式中:KPY―建筑橡胶支座(有芯型)屈服后水平刚度,UY+―正方向屈服位移,UY-―负方向屈服位移,QY+一与相应的水平剪力,QY-―与?—相应的水平剪力橡胶支座的屈服后水平刚度(有芯型)等效黏滞阻尼比被试橡胶支座的等效黏滞阻尼比按下式计算,ζEQ=W/(2πQ+U+)(或ζEQ=W/[2πKEQ(U+)2]式中:ζEQ-建筑橡胶支座等效粘滞阻尼比,W-滞回曲线所围面积水平性能\水平极限变形能力.当橡胶支座在产品的设计压应力的作用下,水平缓慢或分级加载,绘出水平荷载和水平位移曲线,同时观察橡胶支座匹周表现,当橡胶支座外观出现明显异常或试验曲线异常时,视为破产品的耐久性能应按表8规定进行。
试验还表明铅芯橡胶支座不仅在大应变存在着小应变滞回特性,而且在小应变也存在着小应变滞回特性,目前现有的铅芯橡胶支座恢复力模型中都没有考虑加载时程基础上的应变滞回特性,因此铅芯橡胶支座这一特性在隔震建筑特别是高层或超高层隔震建筑设计中应该引起注意。
结构隔震体系是指在结构物底部与基础面(或底部柱顶)之间设置某种隔震装置而形成的结构体系。它包括上部结构、隔震装置和下部结构三部分。为了达到明显的减震效果,隔震装置或隔震体系必须具备下述四项基本特性:
预制建筑橡胶支座安装:安装预制建筑橡胶支座的关键是确保梁底部的垫石顶,平行平面,下表面和支持,所有关闭,没有偏见,无效和不均匀承载力。
采用隔震技术的建筑物,与一般传统抗震结构相比,上部结构的地震反应减少到1/4到1/8左右,其抗震可靠度大大提高,建筑的设防目标一般可以提高一个设防等级。传统建筑的设防目标一般是。小震不坏,中震可修,大震不倒”而合理设计的隔震建筑通常能做到“小震不坏,中震不坏或轻度破坏,大震不丧失使用功能。,其潜在的经济效益和社会效益是十分可观的。按施工经验,隔震结构一般比非隔震结构造偷降低7-15%。
(图二)铅芯隔振橡胶支座
南京大胜关长江大桥采用了承载力达180MN的铸钢球型支座,支座大设计位移量为4-450MM,不利荷载作用下的滑动速度达30MM/S。
选用建筑支座时,要考虑的因素包括建筑跨径、支点反力、对建筑高度的要求、适应单向和多向位移及其位移量的需要,以及防震、减震的需要。
近日有与同行探讨某隔震方案,说起一个新的问题,《建筑工程建筑面积计算规范》(GB/T50353-201规定:结构层高在20M及以上者计算全面积,结构层高不足20M的计算1/2面积。本条规定主要是针对坡地建筑,但有些地方的建设主管部门理解较为生硬,要求对独立的、除检修以外并无使用功能的隔震层也套用本条文,导致如果采用隔震技术建筑面积会增加的情况出现,使项目遭遇困境,这本是不该发生的故事。
固定橡胶支座的应按如下要求布置:在坡道上,设在较低一端;在车站附近,设在靠近车站一端;在区间平道上,设在重车方向的前端;当出现重叠的状况的时候,应该满足坡道上的要求,特殊情况,不许将相邻两孔的固定橡胶支座设在同一个桥墩上。
建筑摩擦摆隔震支座具有以下一些特点:
必要时,应提出结构检测要求和特殊节点的试验要求。必要时绘制墙体立面图;毕竟相对于企业的发展来说,人身安全才是更为关键和重要的问题。避免由于起顶不均匀而造成桥面的剪切破坏。编写操作工艺和要点,培训操作人员;变形部分接缝的圆腔相接处是粘接的薄弱部位,因此采用玻璃胶封堵内腔,以防此处漏水。变形缝内宜填充泡沫塑料或沥青麻丝,上部填放衬垫材料,并用封盖,顶部加扣混凝土盖板。变形缝一侧的混凝土,达到设计强度30%以上后,板式橡胶支座方能拆模再浇筑另一侧混凝土。标定下预埋板标高及轴线位置,绑扎下部构件的钢筋网片,放置下部预埋钢板在设计位置并固定;标明地沟、地坑和已定设备基础的平面位置、尺寸、标高,预留孔与预埋件的位置、尺寸、标高。标准跨径1<40M以内的建筑,一般可采用板式橡胶支座。标准跨径20M以内的建筑,一般可采用板式橡胶支座。
预应力简支梁,其支座顶面可稍后倾;非预应力梁其橡胶支座顶面可略微前倾,但倾斜角度不得超过5。预应力简支梁,其支座顶面可稍后倾;非预应力建筑支座顶面可略微前倾,但倾斜角度不得超过5。预应力结构的张拉控制应力,张拉顺序,张拉条件(如张拉时的混凝土强度等),必要的张拉测试要求等;预制构件的生产和检验要求。预制构件的运输和堆放要求。预制构件现场安装要求。预制构件详图及加工图。
具体来说,建筑摩擦摆减隔震支座主要由钢板、摩擦材料和支承面板等组成。在地震等自然灾害发生时,它可以通过摩擦材料的摩擦力作用,将结构的位移转化为能够消耗地震能量的热量,从而达到减震的效果。同时,这种支座还可以使结构在地震等灾害发生时,迅速调整自身的振动状态,缩短回复时间,提高建筑的安全性。
(图三)LNR900天然橡胶支座生产厂家
橡胶隔震支座(普通橡胶隔震支座、铅芯橡胶隔震支座和高阻尼橡胶隔震支座等)既具有较高的竖向承载能力、大水平位移能力和复位功能,同时普通橡胶支座与阻尼器、铅芯橡胶支座或高阻尼橡胶支座配合使用时可提供较大阻尼,由橡胶隔震支座组成的隔震体系理论、试验研究及工程应用已较为成熟,隔震效果显著,是目前建筑隔震的主流产品,外已经建成的隔震建筑90%以上采用橡胶隔震支座,我国建筑隔震采用橡胶支座的比例更大。建筑橡胶隔震支座在我国的应用较为成熟,标准较为完善。目前已颁布的相关标准有:《建筑抗震设计规范》(GB50011-20、《叠层橡胶支座隔震技术规程》(CECS126:200、《建筑隔震橡胶支座》(JG119-2000)、《橡胶支座第1部分:隔震橡胶支座试验方法》(GB20681-200、《橡胶支座第2部分建筑隔震橡胶支座》(GB20682-200、《橡胶支座第3部分:建筑隔震橡胶支座》(GB20683-200、《橡胶支座第4部分普通橡胶支座》(GB20684-200。正在编写的标准有《建筑隔震施工与验收规范》、《建筑隔震设计规范》等。
由于层高较高,一般从使用方便考虑均设置高下支墩的隔震方式,笔者还没有见过高上支墩的工程。这种情况的案例比较多,典型的如云南东川的泰隆酒店,它的下支墩不仅高,而且还有长短不一的情况出现。经济实用模式的主要问题是多数情况下建筑允许的下支墩尺寸有限,实际上很难全面满足工程要求,高而细的悬臂下支墩看上去像人在踩高跷,有点悬,也有工程在下支墩顶面做拉梁,把各个悬臂下支墩连接成一个整体的空框架,虽然改善了受力,但会影响地下室净高。
支座的变位主要通过钢和钢的滚动及滑动来实现。支座的承载能力,主要是通过钢板对胶层侧向流动的约束来实现的。支座的构造简单、重量轻、价格便宜。支座的结构必须能满足由交通、温度变化、地震、预应力、收缩徐变等产生的位移和扭转。支座的类型与构造简易支座:简易支座是指在梁底和墩台顶面之间设置垫层来支承上部结构。支座的水平位移量仅与支座橡胶的净厚有关。支座的四氟滑板不得设置在支座底面,与四氟滑板接触的不锈钢板也不能设置在建筑墩、台垫石上。支座的位移仍通过聚四氟乙烯板与不锈钢板的平面滑动来实现。支座的养护及更换建筑支座在遭受损坏、作用不能充分发挥时,将会使建筑上、下部结构受到不利的影响。支座的制造将氯丁胶或天然胶按配方混炼,根据需要尺寸压延出片,剪裁成一定规格的半成品胶片。支座的作用主要有:传递桥跨结构的支承反力,包括恒载和活载引起的竖向反力和水平推力。支座垫石标高一般有两种方法控制,从桩地往上推或从路面往下返,一般多采用后者。支座垫石表面应平整、清洁、干爽、无浮沙。支座垫石顶面标高要求准确无误。
采用焊连连接方式:当施工单位在建筑上下部构造在施工中,将盆式橡胶支座安装位置应预埋比本系列支座顶、底板大的钢板,并有可靠锚固措施。
以支座偏位为例,其产生的原因通常是支座或垫石放样不准,因此应在支座安装时进行校核,如垫石位置有较小偏差,可采用环氧砂浆进行调整,如偏差过大,则应重新浇筑垫石。
利用计算机控制整体建筑顶升换支座,完美地完成哑巴河桥建筑支座的更换,同时也为更换其他建筑支座奠基了基础。
试验样品成品盆式橡胶支座试验应采用实体盆式橡胶支座,受试验设备能力限制时,可与用户协商选用有代表性的小型盆式橡胶支座进行试验;盆式橡胶支座摩擦系数可选用小型盆式橡胶支座进行试验。
地震综合观测基地由大连市建筑设计研究院设计,在建筑基础部位加装34个隔震支座,具备以下三方面优点:一是建筑隔震橡胶支座耐久性好,抗低周期疲劳性能、抗热空气老化、抗臭氧老化、耐酸性、耐水性均较好,其寿命可达80~100年,期间的隔震力学性能不会发生明显变化;二是具有足够的安全储备,水平变形250%不会影响使用,另外具有足够竖向承载力保证稳定的支撑建筑物,建筑隔震橡胶支座结构中的隔震层具有稳定的弹性复位功能,能在多次地震中自动瞬时复位;三是设计及施工方便,因建筑隔震橡胶支座的设计与配方科学合理,与传统的抗震结构相比,上部结构的地震反应减小到前者的1/4~1/8左右,安全可靠度大大提高,建筑的设防目标一般可以提高一个设防等级;传统的设防目标是小震不坏,中震可修,大震不倒,而隔震建筑能做到小震不坏,中震不坏或轻度损坏,大震不丧失使用功能,其潜在的经济效益和社会效益十分可观。
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