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海北隔震天然橡膠支座

　　基礎(chǔ)隔震天然橡膠支座

　　隔震措施中大部分都是基礎(chǔ)支座隔震的形式，常用的分類有四種：天然橡膠支座、高阻尼橡膠支座、鉛芯橡膠支座和滑動(dòng)支座。我國(guó)主要采用天然橡膠支座，但其余支座也在不同的工程中起到很好的作用。天然橡膠支座是工程應(yīng)用最多的隔震支座之一。本文主要介紹天然橡膠支座的構(gòu)造及基本性能。

　　通過(guò)對(duì)不同結(jié)構(gòu)構(gòu)造的鉛芯橡膠支座進(jìn)行水平動(dòng)態(tài)力學(xué)試驗(yàn), 系統(tǒng)研究了鉛芯橡膠支座動(dòng)態(tài)力學(xué)性能與其結(jié)構(gòu)構(gòu)造及外加動(dòng)載之間的關(guān)系.研究結(jié)果表明:鉛芯橡膠支座動(dòng)態(tài)力學(xué)性能(特征強(qiáng)度、水平方向耗能、初始剛度、屈服后剛度及硬化比)主要由其本身的幾何構(gòu)造及組成材料決定,且在往復(fù)加、卸載循環(huán)過(guò)程中具有較好的穩(wěn)定性.對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析,建立了鉛芯橡膠支座各水平動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)與其幾何構(gòu)造及外加荷載特性之間的一系列回歸關(guān)系式.從而為鉛芯橡膠支座的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù),為應(yīng)用鉛芯橡膠支座的結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性動(dòng)態(tài)分析時(shí),確定其動(dòng)力分析參數(shù)提供可供參考的計(jì)算方法.

　　1.天然橡膠支座構(gòu)造

　　天然橡膠支座(RB支座)由連接鋼板、橡膠層和夾層鋼板組成，其中連接鋼板用來(lái)連接基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu);橡膠層與夾層鋼板分層布置，橡膠是一種伸縮性較強(qiáng)的物質(zhì)，而分層設(shè)置的薄鋼板能有效限制橡膠的豎向變形，而對(duì)水平向變形基本無(wú)影響。

　　鋼板埋入式RB支座構(gòu)造基本同鋼板外露式，唯一的不同是這種鋼板外圍全部用橡膠支座包住，看不到鋼板，從而對(duì)鋼板起到保護(hù)作用，其耐久性要比前者強(qiáng)。

　　工程中的橡膠支座直徑通常在800～1000毫米之間，其豎向承載能力甚至比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)還結(jié)實(shí)。

　　2.天然橡膠支座的基本性能

　　(1)HRB支座豎向承載能力

　　隨著橡膠阻尼性能的加強(qiáng)，支抗側(cè)向變形能力，但垂直變形能力沒有太大的影響，所以HRB支持垂直承載力和天然橡膠軸承基本相同(見圖1)。

　　(2)HRB支座的水平變形能力

　　HRB具備天然橡膠的水平變形能力外，水平變形有一定的抵抗能力，使其吸收的能量比RB支持能力強(qiáng)(見圖2)。鋼板約束變形，但水平不影響橡膠垂直變形。因此，RB支座的水平變形能力也很出眾，剪切變形達(dá)到300%仍能保持穩(wěn)定，無(wú)故障，因此，其抗震能力很不錯(cuò)。

　　(3)HRB支座的復(fù)位能力

　　支持復(fù)位能力的基本和天然橡膠的HRB軸承，地震時(shí)候支座在外力作用下變形，吸收地震力，當(dāng)外力消除，支座能回到初始位置，沒有任何殘余位移。

　　復(fù)位能力是指RB支座發(fā)生變形后回復(fù)到原位置的能力(見圖3)。理論與實(shí)踐表明，RB支座具有優(yōu)良的變形能力與復(fù)位能力。

　　(4)HRB支座的耐久性

　　HRB支座的耐久性體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是橡膠的老化;二是夾層鋼板的銹蝕。為了提高橡膠支座的耐久性，常在RB支座外周設(shè)置保護(hù)層橡膠，即鋼板埋入型支座，這種支座耐久性好。工程實(shí)踐已經(jīng)證明，橡膠即使在100年后仍然完好無(wú)損。日本調(diào)查顯示，RB軸承使用10年后，其性能保持不變，并預(yù)計(jì)只有3%在60年后下降性能。

　　(5)HRB支座的基本力學(xué)性能

　　具有阻尼功能的HRB支座，滯回曲線豐滿。HRB在剛度較大時(shí)，剛度變形較大，如淡藍(lán)色區(qū)域顯示，隨著變形量的增大，剛度軟化，開始在剪切應(yīng)變大于硬化，在綠色光顯示的區(qū)域。大變形回復(fù)后，其滯回曲線如圖4加深色區(qū)域。滯回曲線所包圍的面積表示其吸收的地震能力大小，由此可見，HRB支座具有良好的耗能能力。

　　HRB支座力學(xué)性能如上圖，RB支座性能十分穩(wěn)定，水平向力隨著水平位移的增大而正比增長(zhǎng)。天然橡膠支座由于它優(yōu)良的性質(zhì)已經(jīng)在工程中廣泛應(yīng)用，目前其設(shè)計(jì)理念與施工方法均趨于完善，是隔震結(jié)構(gòu)首選的支座之一。