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包头关于隔震支座力学性能和阻尼性能的研究

双林橡胶  2020/6/9 13:38:53  3196
内容摘要:叠层包头橡胶隔震支座是由橡胶板和钢板层叠组成的产品。使用时将支座安装在建筑物和基础之闻,建筑物施压后橡胶产生的横向变形被钢板约束,形成竖向刚、横向柔的特性。竖向刚确保其有一定的承载力,能稳定支承建筑物的重...

叠层包头橡胶隔震支座是由橡胶板和钢板层叠组成的产品。使用时将支座安装在建筑物和基础之闻,建筑物施压后橡胶产生的横向变形被钢板约束,形成竖向刚、横向柔的特性。竖向刚确保其有一定的承载力,能稳定支承建筑物的重量;横向柔使之有一定的变形能力,确保建筑物在强震下不会出现失稳现象。支座还要有足够长的耐久性,使用寿命至少要长于建筑物的设计基准期,通常要求达到60年以上。
为了提高隔震支座的吸能效果,在普通叠层包头橡胶支座中加入铅棒制成铅芯叠层橡胶支座。加入铅棒除能增加支座的阻尼作震外,还能增加支座的早期刚度,对控制风反应和抵抗地基的微震动有利。加入铅棒的直径应根据设计要求通过计算确定。

力学性能

1、竖向荷载和变形。

叠层橡胶隔震支座当承受竖向荷载时,由于钢板约束橡胶的横向延伸。使橡胶层处于受三向压缩应力的状态,其结果是提高了竖向刚度,较大程度发挥其承载能力。叠层橡胶支座最基本的性能要求是应具有长期性。

2、承载能力。

如果隔震支座总厚度相同,每层橡胶板厚度越薄,层数越多,竖向刚度越大,承载能力就越大;反之,每层橡胶板越厚,基数越少,竖向刚度越小,承载能力就越小。如橡胶支鹰装有铅芯,它并不承受荷载,不影响支座承载力。

3、水平荷载和变形。

叠层橡胶隔震支座在承受竖向荷载P恒定的条纷下,在横向荷载Q的作用下产至变形H。变形较大时,刚度随荷载Q增加而提高,Q的曲线照非线性。横向变形会引起竖向沉降,通常为1mm左右,可忽略不计。支座破坏时的变形能力帮为承平极限变形能力。

隔震支座

1、拉伸变形。

横向变形过大时,隔震支座的橡胶层会产生拉伸应变。与受压状态相比,受拉时的应力一成交曲线呈双线型。拉伸应力在某一数值前支座表现为弹性;超过这一数值,则表现为屈服;过屈服点后,虽外观未见损伤,但内部由于受拉伸变形作用会产生许多空孔,严重时会出现橡胶层断裂或橡胶/钢板界面粘合破坏,破坏时的横向变形超过400%。

2、阻尼性能
椽胶是一种具有粘弹性的高分子材料,当它受到交变应力作用时,其分子链段运动要克服阻力,其形状变化往往滞后于应力变化。这种滞后的结果就能将外力转化为热能,热量的消散就使振动的振幅降低,这一现象称为阻尼。阻尼的大小反映减震效果的大小,用损耗因数H来表征。不同种类橡胶有不同的H值。一般说在常温下天然橡胶和顺丁橡胶的H值较小,丁苯橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、聚氨脂橡胶和硅橡胶的H值中等,丁基橡胶和丁腈橡胶的H较大。

一般来说,隔震支座应选择H值高的橡胶。H值高的橡胶称之为高滞后橡胶或高阻尼橡胶。虽然天然橡胶H值较小,由于它具有良好的力学性能,在低应变区域有高弹性和低滞后损失,生热低,蠕变性能好,还具有较好的抗撕裂、耐届挠和耐磨性能,同时和钢板有良好的粘合性能,,故被普遍选择用于隔震支座的生产。

3、耐久性

橡胶材料在使用过程中,在光、热、氧、臭氧和机械应力作用下分子发生断链,性能变坏的过程称之为老化。由于叠层橡胶支座放置于建筑物的底部,必须考虑不同地区的气候特点,如南方应考虑耐热性,北方应考虑耐寒性,高原地区应考虑耐紫外线辐射等特点,其耐久性要与建筑设计基准期相符合。一般说,使用天然橡胶的支座,经过60年使用,其破坏应力下降20%~40%,应变下降10%---15%,设计时应加以考虑。通常要求使用期限为60年以上。为了保证橡胶支座60年以上使用寿命,橡胶材料试验项目包括:拉伸性能、老化性能、硬度、粘合性能、压缩永久变形、剪切性能、脆性性能、抗臭氧性能和低温结晶性能。

我国属地震多发带,除了东部与基本一样处于环太平洋地震带之外,西部还与亚欧地震带相连。发生在四川汶川地区的8级大地震就是亚欧地震带印度板块向北挤压造成的。我国近十几年来在建设部倡导下也开展了叠层橡胶支座的研究开发工作,并在四川昌都地区、甘肃、新疆、河北张家口、云南大理和天津等地不同类型建筑上使用这种支座,在抗御地震灾害中发挥了不小的作用。最近调查发现,在甘肃地震灾区,有两栋安装橡胶隔震支座的6层砖混结构居民楼经受了这次大地震的考验,地震过后两栋搂结构完好,周围楼房普遍倒塌,损坏严重。

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