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。
摩擦摆支座在现代建筑结构中拥有非常重要的作用,其减震和缩短回复时间的作用对于建筑结构的保护、人员安全均至关重要。
历次强震(如洛杉矶地震、阪神地震)的震害调查与模拟试验(如6.7级和8.8级地震模拟)均表明,合理选用与安装橡胶支座的建筑结构,其主体结构与内部设备(电梯、手术床、柜具等)损害显著减轻。这解释了为何地震后,采用优质支座的结构仅现微小裂缝,而未设或设置不当支座的结构可能出现扭曲甚至严重破坏。在地基稳定条件下,低摩阻滚动支座的采用(设计时可取1.15%摩阻系数)进一步提升了结构对位移的适应能力。
基础隔震体系(以叠层橡胶支座为核心)的效益需从 “全生命周期损失” 视角衡量:直接效益:减少地震导致的结构破坏(如墙体开裂、梁柱折断),降低修复成本(较传统抗震结构减少 70%-80%);间接效益:避免内部财产损失(设备、家具)、人员伤亡,减少建筑物损坏导致的停工停产损失(如工厂、医院);社会价值:作为 “换代新技术、新产品”,可大幅提升建筑抗震安全性与行车舒适性,尤其适配地震高发区的公路桥梁、公共建筑,推广潜力巨大。
关键维护要求:若在日常检查中发现四氟滑板与配套不锈钢板(常见厚度为3mm)的接触面有泥沙侵入,或专用的硅脂润滑剂出现干涸现象,必须及时进行彻底清扫,并重新注入足量的新硅脂油,以保证其滑动性能。为防止因橡胶老化、变质而导致支座功能失效,所有滑板橡胶支座都应建立定期养护和维修检查制度,一旦发现问题,须立即进行修补或更换。
隔震建筑的设防目标通常高于传统建筑,通过合理设计搭配橡胶支座,可实现 “小震不坏,中震不坏或轻微破坏,大震不丧失使用功能” 的抗震要求,为建筑物提供全方位的安全防护。其中,板式橡胶支座凭借独特的结构优势,在梁端作用力作用时,能通过球形表面橡胶层调整受力中心位置,将力均匀扩散至支座的钢板与橡胶层,保障支座受力均衡,延长使用寿命。
与隔震层的协同工作在现代抗震桥梁设计中,隔震层的设置与支座的协调至关重要。
板式橡胶支座:由若干层橡胶片(常见厚度 115mm 等)与薄钢板(常见厚度 5mm 等)作为刚性加劲物组合而成,加劲物也可选用帆布、钢丝网或钢筋,各层橡胶与钢板经涂胶粘剂加压硫化牢固粘结为一体。该类支座具备充足竖向刚度以承受垂直荷载,能可靠传递上部构造压力至墩台;弹性良好,可适应梁端转动;剪切变形能力强,能满足上部构造水平位移需求。

隔震原理落地:隔震层通过 “小水平刚度” 使结构自振周期延长至 2~3s(远离多数场地周期 0.3~1.5s),避免共振;地震时变形集中于隔震层(占总变形的 80% 以上),通过橡胶剪切、铅芯屈服耗散 80% 以上地震能量,上部结构基本保持弹性。
板式橡胶支座剪切变形过大:工程实践中存在滑板橡胶支座产生较大剪切变形的案例,多由安装偏差、受力不均等因素引发。
隔震技术应用的综合效益:(一)工程设计效益:在中高烈度地区,采用基础隔震技术的建筑可突破现行抗震规范中房屋层数与高度的限制:在保证高宽比的前提下,建筑层数可提高 1~2 层,直接提升建筑物容积率,节省建设用地,提高土地利用效率,兼具经济效益与社会效益。(二)施工工期与成本效益:隔震技术应用虽增加了隔震层施工工序,延长了该阶段工期,但上部结构构件配筋量可相应减少,钢筋制作难度降低,建筑材料与人工成本得以节约。通过对隔震与非隔震建筑施工工期的详细对比验证,两类工程总工期无明显差异,隔震技术应用不会造成整体工期延误。
隔震系统设计关键技术:隔震层位置选择隔震层位置选择是隔震工程设计的首要决策,结构专业可在建筑方案阶段参与并发挥重要作用。该选择不仅影响结构自身设计,还对建筑、设备等相关专业产生深远影响,直接关联工程造价与技术难度,需综合多方面因素全面论证后确定。
铅芯橡胶支座工作原理:此类支座不仅能可靠承受结构物的垂直荷载与水平力,其核心阻尼元件——铅芯,在结构发生变形时能产生滞回阻尼,通过自身的塑性变形有效吸收并耗散地震等动力输入能量。同时,橡胶部分则为结构提供必要的弹性恢复力,帮助结构复位。
橡胶支座安装施工关键要点连接与固定:当支座板与墩台采用焊接连接时,需采用对称、间断焊接的方法,将下支座板与墩台上的预埋钢板牢固焊接,焊接过程中必须采取有效措施,防止烧伤支座本体及周边混凝土结构。若涉及连接螺栓安装,需将定位用连接螺栓穿过隔震橡胶支座连接钢板的螺栓孔,准确扭入套筒内并拧紧,确保连接稳固。
对支座常见病害的识别和性能的深入分析,是进行桥梁养护和优化设计的基础。
对于活动支座,当受支座安装温度的限制,预置位移量必须进行调整时,应在专业工程师的指导下进行支座位移的预调工作,确保支座在不同温度条件下的正常工作状态。

这种结构具有多重技术优势:构造简单明确、加工制作便捷、成本经济效益显著、节约钢材资源。特别是板式橡胶支座在2MN以下反力范围内具有明显经济优势,而超过此范围则采用盆式橡胶支座更为经济合理。
橡胶支座更换与维护施工:支座修补更换需制定针对性施工方案:顶升及支座施工方案需结合建筑下部结构伸缩缝结构设计;千斤顶类型根据实际工况选择,若建筑设计未预留千斤顶操作位置,需搭建脚手架辅助施工。
主动隔震技术的发展还有新型隔震材料的研究。高阻尼隔震橡胶、记忆合金阻尼材料、粒子摩擦减震材料、磁敏材料、压电材料等新型隔震材料的研究,也将是未来隔震技术研究的一个重点方向。主动隔震控制和被动隔震控制各有优点,而且不能相互替代。将二者结合使用,将会克服单独使用的局限性。因此,主、被动控制的复合交叉运用为今后隔震技术的发展提供了新的思路。
顶部钢板质量缺陷:支座顶部钢板若厚度不足或锈蚀严重,会随使用时间增长加剧锈蚀程度,导致支座受力不均甚至丧失承载能力,严重影响结构安全。
此后,建筑隔震技术相继写入各国抗震规范,应用数量大幅增加,其中80%以上采用叠层隔震橡胶支座。此时支座的竖向总变形将为各层薄橡胶片变形的总和。此外,板式橡胶支座安装时要保持位置准确,橡胶支座的中心要对准梁体轴线,防止偏心过大而损坏支座。此外,日本在制震方面还有一些新的研究成果。此外,橡胶支座能方便地适应任意方向的变形,故对于宽桥、曲线桥和斜桥均具有较好的适应性。此外,于桥墩不能横向弯曲,所以需要一排固定橡胶支座来保证当发生很小的横向位移时不产生应力。此外,在支座钢盆上缘口上设置的橡胶阻尼圈受地震力水平力等荷载作用后产生挤压变形,使地震能量得以释放。此外还有碱骨料反应、钢筋锈蚀等引起的裂缝。此外为防止加劲钢板的锈蚀,在板式像胶支座的上、下面及四周均应有橡胶保护层。此外支座应便于安装、荞护和维修,并在必要时进行更换。
抗扭优化:铅芯支座优先布置在隔震层外围,通过合理调整其位置控制结构偏心率,提升隔震结构抗扭性能;
检查的主要内容有:橡胶老化通常由表面开始,然后缓缓地向内部发展造成裂缝。橡胶配方改进、等效阻尼比可达12%以上;橡胶铅芯隔震支座的安装与保护橡胶硬度一般采用只3八60左右,因而支座橡胶中的含胶址一般应在60外以上。橡胶与钢板的黏合技术橡胶支座(板式橡胶支座、盆式橡胶支座、四氟板式橡晈支座、该支座的传力通过橡胶扳来实现。
板式橡胶支座:由多层橡胶片与加劲钢板镶嵌、粘合压制而成,允许剪切模量为 1.0MPa,允许剪切角正切值 tanα≤0.7,在该范围内可保持稳定使用性能;当位移量较大时,可通过在橡胶板顶面贴覆聚四氟乙烯板、梁底贴覆不锈钢薄板,利用两者低摩擦特性满足大位移需求,即四氟乙烯橡胶支座。

圆形支座(GYZ系列):适用于曲线桥、斜交桥及圆柱墩桥。
橡胶支座水平刚度受橡胶性能、形状系数、压剪条件影响,仅当满足以下条件时,可按剪切情况计算 K_H:形状系数:S?≥15,S?≥5;受力状态:竖向压应力≥15MPa,设计剪切应变≤350%;材料参数:橡胶剪切模量按实测值(天然橡胶 23℃时约 0.8MPa,高阻尼橡胶约 1.5MPa)。计算公式:K_H = (G×A)/t(G 为橡胶剪切模量,A 为支座承压面积,t 为橡胶层总厚度)。
简易垫层:对于标准跨径较小的简支板或简支梁桥,为简化构造,可不设置专门支座,而直接将梁板结构安置于由数层毛毡等材料构成的简易垫层之上。
橡胶支座使用过程中的注意事项高阻尼橡胶支座保证安全的高架安全系数比以往有所提高抗震的高架高阻尼橡胶支座保证安全耐撞的高架即使撞车,也难撞到桥下随着二环路快速路、快速公交改造项目设计方案完善,成都长的高架桥全长约28公里的二环快速路高架桥将于明年上半年建成通车。
结构保护系统没有足够的安全储备。显然,在对这座建筑进行隔震产品的设计过程中,并没有考虑到高架桥将承受到如此大的地震动作用,致使整个隔震系统遭到了完全的破坏。然而,意外的超荷载情况时有发生,在建筑构造设计中必须充分考虑,并采取必要措施才能满足人们对建筑的使用安全要求。显而易见,连上述各项设计指标都不能满足,就更谈不上安全储备。
盆式橡胶支座是由钢构件与橡胶组合而成的新型支座,具有承载能力大、水平位移显著、转动灵活等特点。其构造特点是将橡胶块放置在钢制盆腔内,通过橡胶的压缩和盆环的变形来适应结构的转角和位移。
位移方向:板式橡胶支座安装时,其短边应平行于顺桥向;如需长边平行于顺桥向,必须进行转向确认。
现代隔震与消能减震设计通过将非线性、大变形集中到隔震支座和阻尼器上,既简化了结构分析方法,也提高了抗震设计的可靠性。隔震层作为关键环节,其设置位置多样,基础隔震作为广泛应用的技术,主要在基础与结构间安装橡胶弹性垫或摩擦滑动承重座等缓冲装置。
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