唐山新型滑动摩擦隔震橡胶支座研究

新型滑动摩擦隔震橡胶支座研究

　　新型滑动摩擦隔震橡胶支座的工作原理是：在无震或小震时，支座四周的竖向挡板和滑动体系共同承受竖向荷载;当地面激励超过某一限度，即支座挡板被剪坏后，滑动面开始滑移，发挥隔震作用，这时即使地面激励再增大，传入上部结构的地震力也不会随之增加。因此，通过选取适宜的摩擦材料就可以控制传入上部结构的地震力。

1、滚轴式隔震橡胶支座

　　滚轴式隔震支座的作用原理是：当无震或小震时，由支座四周的挡板承受竖向荷载，滚轴并不受力，其构造示意图如图1所示。挡板由螺栓连接，当支座所受的剪切力超过螺栓抗剪强度、支座变位亦即最大相对位移超限，上、下支座板就会错位，此时上滑动面会落到滚轴上，滚轴开始发挥作用，如图2所示。这时上部结构传递给桥墩的地震力仅仅是由于滚轴摩擦而引起的，其数值与使用普通支座时上部结构传递给墩顶的地震力相比己经小了很多。

图1滚轴式隔震支座图2滚轴式隔震支座作用示意图

　　这种滚轴式支座具有非常好的隔震性能，能有效的隔断地震时上部结构因为惯性而传递给桥墩的巨大的地震力，使其减小为因为摩擦引起的很小的摩擦力，但是该种支座存在着一些缺点，主要有：该支座不能提供横向位移功能;不能提供转动功能。因此单独将其作为一种支座使用，其局限性是比较明显的，但是如果我们将其和普通的具有横向位移能力和转动能力的支座结合起来一起使用时，性能将会非常优越，比如我们可以将普通支座通过焊接或者螺栓等的连接，安装在该滚轴式支座的上部，由普通支座提供相应的横向位移、转动的功能，该滚轴式支座在无震或者小震时仅仅起到支撑作用，但当大震来临时，滚轴式支座的周边挡板被剪坏，滚轴开始发挥作用，就可以很好的隔断地震荷载的传播，起到保护桥墩的作用。

2、活动盆式橡胶支座和恢复装置

　　通常所用的板式橡胶支座、铅芯橡胶支座等，通过延长结构周期，增加结构阻尼，能够有效的减小结构的地震反应，但是其竖向承载力不高，因此仅在中小跨度的铁路和公路桥梁中得到应用。盆式支座由于其竖向承载力高而在大跨度铁路和公路连续梁桥中得到广泛应用。但由于剪坏后的固定盆式支座和活动盆式支座不具有自恢复力，因此梁体的平衡位置在地震作用下会不断发生变化，导致梁体与墩台之间的相对位移很难控制。特别是当支座滑动面与上部结构接触面出现偶然倾斜时，梁体的平衡位置会沿倾斜方向越来越远离初始平衡位置，墩梁相对位移会越来越大。这种相对位移的累积不仅使震后支座有较大的残余位移，难于修复，而且相对位移过大可能导致主梁发生落梁。基于上述特点，本文提出将固定盆式支座改为活动盆式支座，由活动盆式支座承受主要的竖向荷载，并采用具有一定自恢复力的弹塑性减震耗能装置与其并联使用。如图3所示

　　试验表明，活动盆式支座的动力回滞曲线类似于理想弹塑性材料的应力一应变关系，凡为活动盆式支座的弹性刚度，双为临界摩擦力，按下式计算：Fs=fxN

　　式中：fx一滑动摩擦系数;

　　N一支座的竖向压

　　由活动盆式支座和弹塑性恢复装置组合而成的系统，其力一位移关系和滞回关系如图4

　　从图可以看出，当位移u较小时，活动盆式支座尚未发生滑动，此时系统的刚度为活动盆式支座与弹塑性减震耗能装置的弹性刚度之和Ks+Ka。由于活动盆式支座弹性刚度较大，所以此时水平地震力主要由活动盆式支座承受，弹塑性减震耗能装置受力较小。随着位移u的增大，活动盆式支座发生滑动，但弹塑性减震耗能装置仍保持弹性，此时系统的刚度等于弹塑性减震耗能装置的弹性刚度Ka。随着位移u的进一步增大，弹塑性减震耗能装置发生屈服，此时系统的刚度为弹塑性减震耗能装置的屈后刚度rKa。可以看出，采用活动盆式支座和弹塑性减震耗能装置组合后，合理地设计弹塑性减震耗能装置的弹性刚度Ka和屈服力Fy，可以使减隔震装置系统在不同水平的地震作用下处于不同的工作状态，比如在小震作用下活动盆式支座滑动而弹塑性减震耗能装置保持弹性，中震或大震作用下弹塑性减震耗能装置屈服等，这对于满足不同的性能指标是有益的。