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铅芯橡胶支座隔震储罐地震响应特性分析

[文章编号]　100228412(2009)0320039207

铅芯橡胶支座隔震储罐地震响应特性分析

李　扬,李自力,张　艳

(中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,山东东营257061)

[摘　要]　利用双线性恢复力模型模拟铅芯橡胶支座力学特性,探讨了不同类型场地上,隔震储罐在铅芯橡胶支座(LR B )与

叠层橡胶支座(R B )两种隔震方式下的地震响应特点。研究表明:铅芯屈服力、场地类型和地震强度是影响LR B 减震性能的主要因素。与R B 隔震方式相比,LR B 具有降低基底剪力、支座位移、晃动波高等优点,但减震效果并不总是好于R B 方式,与场地类型和铅芯屈服力的选取有关。特别是Ⅳ类场地上R B 支座更适合储罐隔震设计。支座最优屈服力参数选取需要根据储罐自振特点、场地类型和地震强度共同确定。LR B 支座更适合在高烈度地区应用,减震效率高而且稳定。

[关键词]　隔震储罐;铅芯橡胶支座;双线性模型;地震响应[中图分类号]　T U352 [文献标识码]　A

Seismic R esponse Characteristic of Liquid Storage T ank Isolated by Lead Rubber B earings

Li Yang ,Li Zi 2li ,Zhang Yan

(College o f Transport &Storage and Civil Engineering in China Univer sity o f Petroleum ,Dongying 257061,China )

Abstract :The seismic response of based 2is olated liquid storage tank is olated by lead rubber bearing (LR B )and rubber bearing (R B )at different sites is investigated.The Bilinear hysteretic m odel is adopted to simulate the non 2linear hysteretic characteristics of force 2displacement relationship for LR B.The study shows that yield force of lead plug ,site class and earthquake intensity are im portant factors for the seismic response of is olated tank.The LR B is found to be m ore effective in reducing base shear ,is olator displacement and sloshing height com pared with the R B ,but it depends on the site class and yield force of lead plug ,especially R B is suitable for the design of is olated tank at s oft site.The optimal yield force of lead plug is correlative with the fundamental frequency of tank ,site class and earthquake intensity.The LR B per forms efficiently and stable in the area of high earthquake intensity.K eyw ords :is olated tank ;lead 2rubber bearing ;bilinear m odel ;seismic response

[收稿日期]　2008210224

1　前言

铅芯橡胶支座(LRB )是一种应用十分广泛的减震装置,具有延长周期、竖向支承、阻尼耗能多种功能,在建筑物、桥梁、渡槽减震工程中得到大量应用[1～3]。LRB 突出优点是在叠层橡胶支座(RB )中部灌入铅芯形成,由于铅芯的塑性强,在地震作用下铅芯屈服后有很好的耗能作用[4]

。强大的滞回耗能能力使得它可作为一种隔震装置单独使用,不需要额外布置阻尼器,支座在风荷载和地基微振动下稳定性增强。目前在储罐隔震研究领域,孙建刚、M.K.

Shrimali 等[5～8]

研究了RB 基底隔震储罐地震响应,研究表明RB 的隔震频率、阻尼比以及场地类型是影响储罐减震性能的主要因素,尽管RB 隔震后晃

动波高会出现放大的情况,但地震力减震效果良好。研究中还发现采用RB 隔震不足之处在于其较弱阻尼耗能能力会导致支座位移偏大。因此针对上述问题,有必要对LRB 在隔震储罐中的应用作进一步深入分析,特别是LRB 隔震储罐在不同类型场地上的地震响应特点、减震效果和支座参数优化配置问题也亟待研究。本文主要是以2000m 3

浮顶罐为研究对象,采用双线性模型模拟支座恢复力特性,研究不同类型场地上LRB 基底隔震储罐的地震响应特征,探讨分析支座动力参数优化配置和地震强度对储罐减震性能的影响,并与RB 隔震时做比较,为隔震储罐减震设计和应用提供理论指导。2　铅芯橡胶支座隔震储罐模型211　铅芯橡胶支座力学模型

铅芯橡胶支座在加入铅芯后初始刚度得到增

第31卷第3期2009年6月

工程抗震与加固改造

Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting

V ol 131,N o 13

Jun.2009

Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting V ol 131,N o 13　2009

强,又由于铅芯屈服力较低,在地震作用下支座刚度屈服后大大降低,接近RB 的弹性刚度,从而可获得比较饱满的滞回曲线,达到耗散地震能量的目的,其滞回性能利用图1所示的双线性模型模拟

。

图1　双线性模型滞回曲线

Fig 11　Force 2deform ation beh avior of L RB

双线性恢复力模型中重要的参数有:屈服前刚度k 1、屈服后刚度k 2、铅芯屈服力Q y 。

铅芯屈服力Q y 是影响屈服前刚度k 1大小的重要因素,根据大量LRB 动力试验,k 1、k 2、Q y 关系可用下面公式表示

[9]

k 1

=(180Q y

+1)k 2=(180F 0+1)k 2

(1)Q y =A pb σpb (2)k 2=

G A r

t r

f L (3)

式中:屈服力参数F 0不仅反映了铅芯屈服力的大小,而且它是反映LRB 的铅芯用量和橡胶用量之比的综合参数。W 为支座的承载力;A pb 为铅芯的截面积;σpb 为铅芯的屈服强度;G 为橡胶剪切刚度;A r 为橡胶截面积;t r 为橡胶的总厚度;f L 为调整系数;大小为115。

212　隔震储罐简化力学模型

三质点隔震储罐简化模型见图2,其动力方程

如式(4)所示:

[M ]{¨x }+[K ]{x }+[C ]{ x }+[D ]{F b }=

-[M ]{r }{¨x g }

(4)

在双线性恢复力模型中,支座恢复力向量{F b }是时变的,与体系所处的弹性和塑性状态密切相关。[M ]、[K ]、[C ]为体系质量矩阵、刚度矩阵、

阻尼矩

图2　三质点储罐隔震简化模型

Fig 12　Analytical mech anical model for storage tank

阵;[D ]为隔震支座位置矩阵;[D ]=0　0

0　0　00　0　1

;

{F b }=00

F bx

;{¨x g }为地震加速度向量。{r }={1,

1,1}T

。

储罐基底剪力为:

F =m s (¨s +¨x g )+m 1(¨y +¨x g )

+(m 0+m b )(¨x +¨x g )

(5)

储罐基底弯矩:M =m s (¨s +¨x g )H s +m 1(¨y +¨x g )H 1

+(m 0+m b )(¨x +¨x g )H 0

(6)

晃动波高为:

h =0.841R

¨s +¨x g

(7)

具体参数见文献[7],由于动力方程(4)有较强的非

线性,所以本文采用增量形式的Newmark 方法求解。Newmark 增量方程表示如式(8):

[M ]{Δ¨x }+[K ]{Δx }+[C ]{Δ x }+[D ]{ΔF b }=

-[M ]{r }{Δ¨x g }

(8)

用本文编制的程序求解铅芯橡胶支座隔震储罐非线

性动力响应,处理双线性恢复力模型中刚度转化和拐点处理问题,结果证明效率较高。3　计算实例与结果讨论

为了探讨铅芯橡胶支座的减震性能特点,本文

　?40　?

工程抗震与加固改造

2009年6月　

Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting June 2009

对比分析了叠层橡胶支座(RB)和铅芯橡胶支座两

种方式下隔震储罐的地震响应。算例以我国常用浮顶罐系列中的2000m3浮顶罐为研究对象。隔震前储罐藕联振动频率为34184radΠs。储罐的设计隔震频率取为2radΠs,支座阻尼比为011,屈服力参数F

0变化范围为0101～011,为了方便两种支座比较,铅

芯橡胶支座屈服后刚度k

与叠层橡胶支座弹性刚度k大小相同。2000m3浮顶罐的基本参数如下:

表1　2000m3浮顶罐基本参数

T able1　B asic p arameter of2000m3floating roof tank

储罐体积(m3)直径

(m)

罐高

(m)

液高

(m)

m s

(106kg)

H s

(m)

200014151216911149015113011871955161

储罐建造所在地区抗震设防烈度为9度,将地震动峰值加速度调整为014g(g=9181)。研究中输入地震波采用四种场地类型下的典型地震波,各地震波特性如表2所示。

表2　四种场地类型下地震波特性

T able2　Typical actu al earthqu ake w ave for four site classes

地震波名称场地

类型

时间间隔

(s)

加速度峰值

(cmΠs2)

唐山迁安波(NS)Ⅰ类010******* 1952T aft波(EW)Ⅱ类010******* 1940EI2Centro(NS)Ⅲ类0

102341180

天津波(NS)Ⅳ类010*******

311　铅芯橡胶支座与叠层橡胶支座地震响应时程变化特点对比

为了考察铅芯橡胶支座隔震储罐动力响应时程特点,下面对比分析叠层橡胶支座(RB)与铅芯橡胶支座(LRB)动力响应时程图(见图3)。

从图3基底剪力时程图中可看出,LRB的减震效果好于RB,最大剪力出现的时刻基本相同。就隔震层位移峰值而言,LRB比RB隔震时位移减小了很多,这说明地震过程中铅芯支座的滞变阻尼起到了很大耗能作用,隔震支座位移的减小有利于减震支座的稳定性,并且支座直径减小节省了支座的造价。图3中晃动波高时程图说明:晃动波高在LRB 与RB两种隔震方式时的时程变化规律差别不大,

图3　Ⅲ类场地上L RB(F

=0101)和

RB基底储罐动力响应对比图

Fig13　Contrast of seismic response of b ase2isolated tank

b ased on L RB(F0=0101)and RB at site classⅢ

都比未隔震时有所放大。

312　铅芯屈服力对隔震效果的影响

铅芯橡胶支座屈服力是影响LRB减震性能的重要参数。一般通过改变铅芯的直径和尺寸来改变支座屈服力的大小,调节LRB的耗能能力。支座屈

服力通常用铅芯屈服力参数F

0表示。根据LRB在建筑物和桥梁隔震工程中的应用经验,在中等地震

强度条件下,F

0取值范围为0102～0105时,隔震系统取得最佳减震效果[10,11]。而目前隔震储罐减震效果与LRB屈服力参数之间的规律还不清楚,如何

在不同类型场地条件下选择最优屈服力参数F

是储罐隔震设计亟待研究解决的问题。

本研究中选取10种不同F

来分析研究,F

变化范围为1%～10%,研究对象仍然是前面所介绍的2000m3储罐,隔震频率为2radΠs。分析的动力响应参数主要是基底剪力峰值、隔震支座位移峰值、晃动波高峰值。动力响应结果见表3～表5。

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表3　基底剪力峰值表(地震动加速度峰值014g)(106N) T able3　Peak b ase shear for isolated and non2isolated

conditions(peak ground acceleration014g)(106N)

F0(%)k1Πk2迁安波T aft波EI波T J波未隔震0-111931413513117184

R B0-0112114611482104

12180124113711192131

24160127113211112151

36140142112911172165

48120149115611292184 LR B5100146117311443107

611180163118611633121

713160168119611863138

815140168211121043152

917120195212721233168

10191153214121413184

表4　支座位移峰值表(m)

T able4　Peak isolator displacement for isolated conditions (peak ground acceleration014g)(m)

F0(%)k1Πk2QA T A EI T J

R B0-01015011800117501234 121801010011360111801244

241601007011100108901246

361401008010850107301239

481201007010940106501241 LR B51001006010910105901246 6111801007010840105401241

7131601006010740106201239

8151401006010690106301234

9171201007010630106401230

101901010010600106401228

从表3中可以看出,第Ⅰ类和第Ⅳ类场地上,基底剪力随屈服力参数F

0的增大而增大。而在第

Ⅱ、Ⅲ类场地上,基底剪力随F

增加先降低后增

大,存在一个最优屈服力参数F

0使得基底剪力最小,分别为3%和2%。说明当铅芯直径适当增加时,增大屈服力可以增加支座滞变阻尼,耗散更多的地震能量。如果屈服力过大,刚度比增加过多,支座初始刚度的增大会使支座延长周期的能力降低,减震性能反而降低。所以在储罐减震系统设计时,需要根据具体场地条件确定最佳的最佳屈服比。

表5　晃动波高峰值表(m)

T able5　Peak sloshing height for isolated and nonisolated conditions(peak ground acceleration014g)(m)

F0(%)QA T A EI T J 未隔震-01034017800143301378

R B001046018270155001387

101037015370148601409

201029014730144901421

301039015130142801399

401038015700142201411 LR B501030015860140401426

601028016170139701427

701032016130139301435

801033016350139201440

901031016430138601448

1001027016440138501458

从对比LRB与RB基底剪力减震效果来看, LRB和RB都有较好的减震效果,LRB减震效果并不是总是好于RB,与场地类型密切相关。Ⅱ、Ⅲ场地上,当屈服力参数较小时,LRB减震效果好于RB。继续增大屈服力后,LRB减震效果不如RB。在I和Ⅳ场地上无论LRB屈服力增加还是降低,LRB减震效果始终不如RB。

表4表明,随着铅芯屈服力参数F

增加,Ⅱ类场地上支座位移峰值逐渐减小,而Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ类场地上支座位移峰值不是一直减小,会出现增大情况。其中Ⅰ、Ⅳ场地支座位移对屈服力变化不敏感。

从LRB与RB支座位移峰值对比来看,在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地上LRB支座位移明显小于RB支座位移,增加屈服力后支座位移降低效果更好,这体现了使用LRB作为隔震装置的一个突出优点。而Ⅳ场地上LRB支座位移与RB支座位移差别不大,说明软弱场地上使用铅芯支座,调整屈服力大小并不能起到显著降低支座位移的作用。

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Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting　June　2009

从表5可看出,随着铅芯屈服力的增加,不同场

地上晃动位移峰值变化规律不同。Ⅰ类场地上屈服力变化对晃动波高的影响很小。Ⅱ、Ⅳ场地上随着屈服力增加,隔震储罐晃动波高有逐渐增大的趋势,其中Ⅱ场地上晃动波高小于未隔震时波高,Ⅳ场地上晃动波高大于未隔震时情况。而在Ⅲ类场地上晃动波高随着屈服力增加而逐渐降低,并且低于未隔

震时的波高。

对比LRB 与RB 晃动波高可以发现,在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ场地上LRB 晃动波高都小于RB 的晃动波高,而Ⅳ场地上,采用不同屈服力的LRB 隔震后晃动波高均大于RB 晃动波高。

四类场地上铅芯橡胶支座滞回曲线如图4所示

。

图4　不同场地上隔震支座恢复力-位移滞回曲线图(地震峰值加速度014g ,F 0=0105)

Fig 14　Force 2deform ation beh aviour of isolation system at different site class

从表3和图4可看出,第Ⅰ类场地上,当屈服力

参数F 0在1%～10%范围变化时,基底剪力最大值始终没有超过支座屈服力,支座始终处于弹性状态。所以屈服力增加后,初始刚度的增加使得支座柔性减弱,因此支座减震性能下降。就支座位移大小而言,Ⅰ类场地支座位移最小,Ⅳ类场地位移最大,Ⅱ、Ⅲ类场地位移相差不大。313　地震动强度对隔震储罐减震效果影响

众所周知,地震动幅值、地震频谱特性、地震持时是地震动参数三要素。当地震强度变化时,铅芯橡胶支座隔震储罐的基底剪力减震效率η、晃动波高H w 以及支座峰值位移X b 的变化情况值得进一步研究。下面分析当储罐隔震频率为2rad Πs 、屈服力参数F 0为0105、地震加速度峰值分别取为011g 、

012g 、014g 时,不同类型场地上储罐的动力响应。

结果如图5、6所示。

对比图5和图6可知:

(1)就基底剪力效率η而言,Ⅰ类场地最高,Ⅳ类场地最低,Ⅱ、Ⅲ类场地差别不大。当地震强度逐渐降低后,Ⅰ类场地上基底剪力效率基本不变,而Ⅱ、Ⅲ场地剪力效率随之降低,并且地震强度越低,剪力效率随铅芯屈服力的变化范围越大。这说明LRB 更适合在高烈度地区应用,更能发挥减震作用,

减震效果稳定。值得注意的是,在Ⅱ、Ⅲ类场地上,当地震加速度峰值是014g 时,存在最优屈服力使得基底剪力最小,但当地震强度降低后不存在最优屈服力,剪力减震效率随屈服力的增加而降低。

(2)不同地震强度时,支座位移随屈服强度的变

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Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting V ol 131,N o 13　2009

图5　不同地震强度Ⅰ、Ⅱ类场地条件下动力响应随屈服强度变化图

Fig 15　E of yield strength of L RB on seismic response of b ase 2isolated tank at site class I and Ⅱ

图6　不同地震强度Ⅲ、Ⅳ类场地条件下动力响应随屈服强度变化图

Fig 16　E ffect of yield strength of L RB on seismic response of b ase 2isolated tank at site class Ⅲand Ⅳ

化规律与场地类型有密切关系。场地越软,隔震支座位移越大,增加铅芯屈服力可以起到降低支座位移得作用。场地越软,铅芯屈服力得降低作用越不明显。在Ⅰ类场地上,不同地震强度时支座位移随

屈服强度的增加先减小后增大。Ⅱ、Ⅲ类场地上,当

地震强度降低后,支座峰值位移随屈服强度的变化趋势发生改变。Ⅳ类场地上,不同强度变化时,支座位移都对铅芯屈服力不敏感。

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工程抗震与加固改造

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(3)不同地震烈度情况下,晃动波高随屈服强度的变化规律不同。Ⅰ类场地上,晃动波高对铅芯屈服力变化敏感,变化剧烈但幅度较小。无论地震强度高低,Ⅱ、Ⅳ类场地上晃动波高随着铅芯屈服力增加而逐渐增大。Ⅲ类场地上,高地震强度时晃动波高随铅芯屈服力增加而降低,在地震强度降低后,晃动波高对铅芯屈服力敏感度降低,变化幅度有所降低。

4　结论

基于本文对不同场地上2000m3隔震储罐在RB 和LRB两种隔震方式下地震响应特点的研究,得到的主要结论有:

(1)对比RB和LRB时程变化特点,在F0=0101条件下,两种方式2000m3隔震储罐最大剪力出现时刻基本相同,支座位移、晃动波高时程变化规律差别不大。动力响应峰值方面,LRB隔震基底剪力和支座位移有所降低,晃动波高差别较小。

(2)研究表明的减震效果并不是总好于RB。LRB在Ⅰ和Ⅳ类场地上剪力减震效果不如RB。特别是Ⅳ场地上,基底剪力、支座位移峰值和晃动波高都较大。说明在软弱场地上,橡胶支座RB 更适合储罐隔震系统使用。

(3)铅芯屈服力和场地条件是影响LRB减震效果的重要因素。不同场地上,隔震储罐动力响应随铅芯屈服力的变化规律不同,因此选取设计屈服力参数时需要重视场地因素的影响。在高烈度条件下,第Ⅰ、Ⅳ类场地上屈服力越小减震效果越好,设计屈服力应选取较小值。而在Ⅱ、Ⅲ类场地上设计屈服力应选取最优屈服力参数。

(4)地震强度变化对储罐动力响应规律的影响不容忽视。地震强度改变后,储罐动力响应随铅芯屈服力的变化规律将随之变化。研究表明:LRB更适合在高烈度地区应用,减震效率高,更能发挥减震作用。

文中分析了2000m3浮顶罐、隔震频率为2radΠs 的情况,对其它罐体与隔震频率工况下的动力特性还需要具体分析。

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(下转第72页)

第31卷第3期李　扬,等:铅芯橡胶支座隔震储罐地震响应特性分析?45　?　Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting　V ol131,N o13　2009

也会产生减振,位移减少。连体对塔楼的质量比和连体的阻尼比对位移的影响,和第(1)点结论相同。但是,连体的绝对位移,由较柔的顶点位移偏大的塔楼驱动为主,而连体支座相对位移的最大值,则出现在连体与相对较刚的塔楼之间,呈现异步驱动的性态。

(3)过滤白噪声和平稳白噪声激励下的位移规律基本相同。

(4)结合本研究振动台试验结果,建议选择设计参数时,应尽可能使连体自振周期避开与塔楼的共振区域,并考虑到进入弹塑性阶段塔楼的周期增长的不利影响,选择尽可能大的连体支座阻尼比,适应非平稳随机振动输入和结构本身频率的变异性。

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Dissertation Submitted for Application of Ph.D of S outh

China Univ.of T ech.,2008(in Chinese)

[作者简介]　侯家健,男,高级工程师,一级注册结构师,英联邦结构工程师

(上接第45页)

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[作者简介]　李扬(1981～),男,山东寿光人,博士研究生,主要从事油库安全技术与减震技术研究,E2mail:w olike123@1631com ?72　?工程抗震与加固改造2009年6月　

Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting　June　2009

橡胶隔震支座在建筑结构中的应用-施卫星

橡胶隔震支座在建筑结构中的应用施卫星1)，汪洋2) (1.同济大学结构工程与防灾研究所，同济大学，上海200092； 2.上海路博橡胶减振器技术有限公司，上海201401）摘要：铅芯橡胶支座是目前国内外隔震结构设计中应用最广的一类隔震装置和弱连接装置，被广泛应用于新建隔震结构、加固改造工程以及连廊、连体结构、雨篷、网架屋盖等与主体结构之间。本文对铅芯橡胶隔震支座的构造、工作原理、主要特点、类型及选用、设计及有限元分析、安装维护及工程应用等进行概述和讨论，为隔震结构、连体结构的设计和应用提供参考。关键词：橡胶支座；铅芯橡胶支座；隔震支座；隔震结构；弱连体结构；连廊Application and Types of Spherical Bearings in Building Structures SHI Weixing1)，WANG Yang2) (1.Tongji University, Shanghai 200092, China； 2.Shanghai RB Rubber Isolator Technology Co., Ltd., Shanghai 201401, China) Abstract: Lead rubber bearings are widely used as seismic isolation devices in seismic isolation design of building structures and weakly connected devices in design of weakly connected structures. Main aspects of lead rubber bearings were summarized and discussed, such as configuration, working principle, types and adoption, design basis, finite element analysis, installation and maintenance, project application of spherical bearings. Furthermore, reference for design and adoption of lead rubber bearings in design of seismic isolation structures and connected structures could be provided. Keywords: Rubber bearing; lead rubber bearing (LRB); seismic isolation bearing; seismic isolation structure; connected structure; weakly connected structure; joint gallery 1 引言支座是连接上部结构和下部结构的重要构件，起到将上部结构的反力可靠地传递下部结构，并协调或释放上部结构的变形（变形和转角），从而使整个结构的受力情况与理论计算图式相符合。目前在建筑结构工程中广泛使用的支座类型主要有球型钢支座和橡胶支座。橡胶隔震支座（Elastomeric isolator）是目前世界范围内各类隔震结构中最常用的一类隔震装置，主要包括天然橡胶支座（Linear natural rubber bearing）、铅芯橡胶支座（Lead rubber bearing）和高阻尼橡胶支座（High damping rubber bearing）以及各类改进型支座[1]~[5]。其中，铅芯橡胶支座是目前国内外隔震结构设计中应用最广的一种隔震装置和弱连接装置，被广泛应用于新建隔震结构、加固改造工程以及连廊、连体结构、雨篷、网架屋盖等与主体结构之间。本文对铅芯橡胶隔震支座的构造、工作原理、主要特点、类型及选用、设计及有限元分析、安装维护及工程应用等进行概述和讨论。 2 构造及特点铅芯橡胶支座是在天然橡胶支座的中心或中心周围部位竖直压入一个或几个纯度为

铅芯隔震橡胶支座设计指南

目录 1. 桥梁减隔震技术概述 (1) 1.1减隔震技术基本原理 (1) 1.2减隔震支座发展及现状 (1) 2. 支座结构设计 (2) 2.1设计依据 (2) 2.2支座分类 (3) 2.3支座型号 (3) 2.4支座结构 (3) 2.5产品特点 (4) 3. 支座技术性能 (4) 3.1规格系列 (4) 3.2剪切模量 (5) 3.3水平等效刚度 (5) 3.4等效阻尼比 (5) 3.5设计剪切位移 (5) 3.6温度适用范围 (5) 4. 支座布置原则 (5) 5. 支座选用原则 (6) 6. 减隔震计算 (7) 7. 支座安装、更换、养护及尺寸 (8) 7.1支座安装工艺细则 (8) 7.2支座更换工艺 (14) 7.3支座的养护与维修 (14) 7.4支座安装尺寸 (16)

L R B系列铅芯隔震橡胶支座 1. 桥梁减隔震技术概述 1.1 减隔震技术基本原理我国是一个强震多发国家，地震发生频率高、强度大、分布范围广、伤亡多、灾害严重，特别是近年发生的四川汶川特大地震、青海玉树大地震等地震灾害，给我们带来了惨痛的教训。与此同时，桥梁作为生命线系统工程中的重要组成部分，一旦损毁、中断便等于切断了地震区的生命线，同时，遭受破坏的大型桥梁修复往往非常困难，严重影响交通的抢通及恢复，从而影响救灾工作的开展，继而引发更大的次生灾害。受到这些地震灾害的教训以后，基于桥梁抗震设计的结构控制技术开始在我国桥梁工程界得到日益重视，国内相关部门积极开展了桥梁减隔震设计及研究工作。对于地震作用，传统结构设计采用的对策是“抗震”，即主要考虑如何为结构提供抵抗地震作用的能力。一般来说，通过正确的“抗震”设计可以保证结构的安全，防止结构整体破坏或倒塌，然而，结构构件的损伤却无法避免。在某些情况下，靠结构自身来抵抗地震作用显得非常困难，需要付出很大的代价。因此，我们必须寻求更为有效的抗震手段，如基于减隔震装置的结构控制技术等。结构控制技术的应用，不仅可以提高结构的抗震性能，还可以节省造价，从某种意义上来说，这是解决实际结构抗震问题的唯一有效途径。对于桥梁或建筑结构，目前发展相对成熟、实际应用较为广泛的是减隔震技术。减隔震技术是一种简便、经济、先进、有效的工程抗震手段。图1 加速度反应谱图2 位移反应谱通过地震时的加速度反应谱（图1）与位移反应谱（图2）可以清楚地反映出不同阻尼下，加速度和位移随着地震周期的变化规律，当延长结构周期，增加结构阻尼可有效降低地震时的加速度和位移响应。减隔震设计就是利用结构地震响应的这种性质，通过延长结构周期和提高阻尼达到减轻地震作用的目的。 1.2 减隔震支座发展及现状为了减小地震引起桥梁结构的破坏，各国学者对桥梁结构的减震、隔震进行了广泛、深入的研究，并取得了大量的研究成果。研究成果表明：对于桥梁结构比较容易实现和有效的减隔震方法主

叠层橡胶支座在桥梁结构中的应用

收稿日期:2002 04 21 作者简介:崔俊(1967 ),男,河南杞县人,郑州大学综合设计研究院工程师。文章编号:1004 3918(2002)05 0591 03叠层橡胶支座在桥梁结构中的应用崔俊1, 王凯2, 武建军3 (1.郑州大学,河南郑州 450002; 2.郑州市工程质量监督站,河南郑州 450052; 3.河南建达工程建设监理公司,河南郑州 450002) 摘要:本文介绍了桥梁工程中常用的一类隔震装置叠层橡胶支座的构造、减震原理及叠层橡胶支座隔震桥梁的设计方法,总结了叠层橡胶支座在桥梁工程中的实际应用情况和特点,并对其在我国桥梁工程的应用前景进行了展望。关键词:叠层橡胶支座;隔震;桥梁结构中图分类号:P315 文献标识码:A 最近以来,工程结构防护的另一种选择登上舞台,吸引了世界许多国家的关注、研究和应用,这就是工程结构的减隔震技术。工程结构的减隔震技术是指通过采用减隔震装置来尽可能地将结构或部件与可能引起破坏的地震地面运动或支座运动分离开来,大大减少传递到上部结构的地震力和能量。在满足正常使用要求的情况下,这种分离式解耦是通过增加系统的柔性和提供适当的阻尼来实现的。随着结构减隔震技术在工程实例中的应用,由于采用了新技术,一方面提高了结构的抗震性能,另一方面也降低了造价。甚至在有些情况下,采用这些抗震技术是解决实际结构抗震问题的唯一有效途径。此外,随着新规范的应用,对桥梁结构的抗震性能要求越来越明确,由于这些技术的特点和优势,这些抗震技术作为传统桥梁抗震设计之外的一种可供选择的方案,将逐渐为工程设计人员所采用。 1 橡胶支座的构造及减震原理常用的桥梁隔震装置有柔性支承装置和阻尼装置两种类型,其中橡胶支座是世界上应用最广、实用性最好的一种柔性支承装置。橡胶支座由薄钢板和薄橡胶板交替叠合经高温硫化粘结而成,所采用的橡胶一般有天然橡胶和氯丁胶。氯丁胶除抗冻和弹性外,其他性能(耐油、耐腐蚀、抗老化和阻尼等)均优于天然橡胶。由于在橡胶层中加设夹层薄钢板,而且橡胶层与夹层钢板紧密粘结,当橡胶支座承受垂直荷载时,橡胶板的横向变形受到约束,使橡胶支座具有很大的竖向承载力和竖向刚度。因薄钢板不影响橡胶板的剪切变形,使橡胶板对任何水平方向的运动均呈柔性约束。当橡胶支座承载水平荷载时,其橡胶层的相对侧移大大减少,使橡胶支座可达到很大的整体侧移而不致失稳,而且保持较小的水平刚度(仅为竖向刚度的1/500-1/1500)。并且,由于夹层钢板与橡胶层紧密粘结,橡胶层在竖向地震作用下还能承受一定的拉力,使该种支座成为一种竖向承载力极大、水平刚度较小、水平侧移容许值很大、又能承受竖向地震作用的理想的隔震装置。减震阻尼钢板橡胶支座的竖向承载力可达50-200t,竖向压缩刚度可达200-3000t/cm,它们的水平刚度较小,约为0.25-1.8t/cm,水平极限位移约为25-50cm 。它们的剪切刚度是变化的,变形较小时刚度较大,中等变形时刚度最小,然后随变形的增大刚度又回升。变形过大时刚度回升,起到保护和限制侧向位移的作用。这种支座对于小震来说,结构就如同连在刚性基础上;对于强震来说,基底隔震系统一方面提供柔性滑动,另一方面可吸收大量能量,它由于局限所吸收的能量相当于临界粘滞阻尼吸收能量的35%。根据对减震阻尼橡胶支座的不同阻尼比的要求,目前国内外主要采用下述几种不同材料制成的减震阻尼橡胶支座: 1.1 天然分层橡胶支座(MRB) 普通减震阻尼橡胶支座一般采用天然橡胶或氯丁二氯橡胶制造。这种支座只具有弹性性质,本身并无第20卷第5期2002年10月河南科学HENAN SCIENCE Vol 20 N o.5Oct.2002

midas-减隔震支座的刚度模拟

01、减隔震支座的刚度模拟具体问题：根据《公路桥梁抗震细则》（JTGB02-01-2008）中第10.2条中关于减隔震装置的说明，常用的减隔震支座装置分为整体型和分离型两类。目前常用的整体型减隔震装置有：铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、摩擦摆式减隔震支座；目前常用的分离型减隔震装置有：橡胶支座+金属阻尼器、橡胶支座+摩擦阻尼器、橡胶支座+黏性材料阻尼器。目前设计人员普遍存在两个误区，其一：抗震分析时一味的考虑用桥墩的塑性能力耗散地震效应，忽略增设减隔震支座的设计思路；其二：由于设计人员对减隔震支座的模拟方式不清楚，造成潜意识里回避减隔震支座的采用。本文考虑上述两点对《公路桥梁抗震细则》（JTGB02-01-2008）第10.2条中涉及的减隔震支座模拟进行说明。限于篇幅，本文仅对整体型减隔震装置进行叙述。解决斱法： 1、铅芯橡胶支座 ① ② 涉及规范及支座示意图(《公路桥梁铅芯隔震橡胶支座》（JT/T 822-2011）) 图1.1 铅芯橡胶支座示意图铅芯橡胶支座的实际滞回曲线和等价线性化模型

图1.2实际滞回曲线图从实际滞回曲线可以得到3点重要的结论：图1.3等价线性化模型 1) 2) 3) ③铅芯橡胶支座的位移剪力曲线所围面积明显大于较普通的橡胶支座，而且滞回曲线所谓面积反映了支座耗能能力，故间隔震支座（对于本图为铅芯橡胶支座）的本质是通过自身的材料或构造特性提供更有效的耗能机制，耗散地震产生的能量，从而起到减轻地震对结构的破坏程度。实际滞回曲线一般为梭形，图形成反对称形态。目前通用的方法是将其等效为图1.2所示的线性化模型。通过K1、K2、KE、Qy四个参数来模拟铅芯橡胶支座的滞回曲线。等价线性化模型中涉及的四个参数含义如下： K1——弹性刚度：表示初始加载时，结构处于弹性状态是的刚度（力与变形之间的关系）。 K2——屈服刚度：表示屈服之后的刚度。 KE——等效刚度：等效的含义是指如果不考虑加载由弹性到塑性的变化过程，仅考虑屈服后累计位移与力的关系折算出的刚度。 Qy——上述三个参数仅提供刚度的采用值（可以理解为曲线斜率的概念），但具体受力到多大开始采用屈服刚度，由Qy提供明确的界定点（即屈服点）。程序中如何实现上述等价线性化模型程序（805版本）中选择边界》一般连接》一般连接特性》添加，选择特性值类型选择铅芯橡胶支座隔震装置，如图1.4所示：

20121020-LRB铅芯隔震橡胶支座设计指南

桥梁标准构件系列产品 LRB 系列铅芯隔震橡胶支座设计指南 2012 年08 月

〖LRB 系列铅芯隔震橡胶支座〗设计指南目录 1. 桥梁减隔震技术概述 (1) 1.1 减隔震技术基本原理 (1) 1.2 减隔震支座发展及现状 (1) 2. 支座结构设计 (2) 2.1 设计依据 (2) 2.2 支座分类 (3) 2.3 支座型号 (3) 2.4 支座结构 (3) 2.5 产品特点 (4) 3. 支座技术性能 (4) 3.1 规格系列 (4) 3.2 剪切模量 (5) 3.3 水平等效刚度 (5) 3.4 等效阻尼比 (5) 3.5 设计剪切位移 (5) 3.6 温度适用范围 (5) 4. 支座布置原则 (5) 5. 支座选用原则 (6) 6. 减隔震计算 (7) 7. 支座安装、更换、养护及尺寸 (8) 7.1 支座安装工艺细则 (8) 7.2 支座更换工艺 (14) 7.3 支座的养护与维修 (14) 7.4 支座安装尺寸 (16)

LRB 系列铅芯隔震橡胶支座 1. 桥梁减隔震技术概述 1.1 减隔震技术基本原理我国是一个强震多发国家，地震发生频率高、强度大、分布范围广、伤亡多、灾害严重，特别是近年发生的四川汶川特大地震、青海玉树大地震等地震灾害，给我们带来了惨痛的教训。与此同时，桥梁作为生命线系统工程中的重要组成部分，一旦损毁、中断便等于切断了地震区的生命线，同时，遭受破坏的大型桥梁修复往往非常困难，严重影响交通的抢通及恢复，从而影响救灾工作的开展，继而引发更大的次生灾害。受到这些地震灾害的教训以后，基于桥梁抗震设计的结构控制技术开始在我国桥梁工程界得到日益重视，国内相关部门积极开展了桥梁减隔震设计及研究工作。对于地震作用，传统结构设计采用的对策是“抗震”，即主要考虑如何为结构提供抵抗地震作用的能力。一般来说，通过正确的“抗震”设计可以保证结构的安全，防止结构整体破坏或倒塌，然而，结构构件的损伤却无法避免。在某些情况下，靠结构自身来抵抗地震作用显得非常困难，需要付出很大的代价。因此，我们必须寻求更为有效的抗震手段，如基于减隔震装置的结构控制技术等。结构控制技术的应用，不仅可以提高结构的抗震性能，还可以节省造价，从某种意义上来说，这是解决实际结构抗震问题的唯一有效途径。对于桥梁或建筑结构，目前发展相对成熟、实际应用较为广泛的是减隔震技术。减隔震技术是一种简便、经济、先进、有效的工程抗震手段。图 1 加速度反应谱图 2 位移反应谱通过地震时的加速度反应谱（图1）与位移反应谱（图2）可以清楚地反映出不同阻尼下，加速度和位移随着地震周期的变化规律，当延长结构周期，增加结构阻尼可有效降低地震时的加速度和位移响应。减隔震设计就是利用结构地震响应的这种性质，通过延长结构周期和提高阻尼达到减轻地震作用的目的。 1.2 减隔震支座发展及现状为了减小地震引起桥梁结构的破坏，各国学者对桥梁结构的减震、隔震进行了广泛、深入的研究，并取得了大量的研究成果。研究成果表明：对于桥梁结构比较容易实现和有效的减隔震方法主

铅芯橡胶支座的构造及性能

铅芯橡胶支座的构造及性能铅芯橡胶支座的构造铅芯橡胶支座构造如图所示，铅芯橡胶支座是在RB支座的中心压入铅芯构成的。铅芯压入后与橡胶支座融为一体追随剪切变形，这种支座是由橡胶支座安定的复原装置和铅的能量吸收装置所构成的阻尼机构一体型的隔震装置。铅是一种具有良好塑性变形能力和能量吸收能力的金属。铅芯橡胶支座也是最早用于隔震结构的支座之一。铅芯橡胶支座凭借其优良的力学性能，较为简单的构造和高性价比，已经在工程中广泛应用。铅芯橡胶支座的基本性能 1、铅阻尼器的能量吸收能力橡胶本身是一种易拉压变形的材料，单独做成支座加力后变形巨大(如图)。工程用橡胶支座是由薄钢板与薄橡胶层叠组成，钢板对橡胶竖向变形有优秀的约束作用，竖向压缩刚度非常高，但与天然橡胶支座一样，LRB支座拉伸刚度较低，约为压缩刚度的1/7～1/10。

2、铅芯橡胶支座LBR的水平变形能力钢板约束橡胶的竖向变形但对其水平变形没有影响。同时铅芯能够很好地追随支座变形，吸收地震能量。LRB支座水平性能稳定，LRB支座由于铅芯的存在，能够限制支座的水平变形，如下图所示，装有LRB支座的隔震结构的水平变形要比装有RB支座的小（不考虑外加阻尼作用下）。 3、铅芯橡胶支座LRB的工作特点

铅芯橡胶支座通过铅芯的大小来调整阻尼的大小。铅芯直径增大后，屈服力变大，阻尼量增加，但中心孔过大也会给支座的性能带来不良影响。 4、铅芯橡胶支座LRB的耐久性日本等国家的工程调查表明，LRB支座与RB支座基本一致，隔震橡胶即使在使用100年后，其内部橡胶依然完好。有调查显示，LRB支座使用10年后，其特性基本保持不变，并预测出60年后其性能仅会下降3%。 5、铅芯橡胶支座LRB的基本力学性能铅芯橡胶支座的滞回性能可用下图的双线型模型表示。其中细实线为橡胶支座的滞回特性。LRB支座的水平特性是与图示的橡胶部分与铅芯部分水平性能叠加而成，如图粗实线所示。铅芯橡胶支座在剪切变形为250%能表现出稳定的双线型滞回特性

建筑隔震橡胶支座简介

隔震建筑（的原理是利用隔震器和阻尼器，延长建筑物的振动周期及增加阻尼比，消耗地震对建筑物的冲击，也就是用隔震器将地震时建筑物的摆动转换成建筑物相对于地面的位移，地面传递给建筑物的能量由隔震器和阻尼器吸收，这样就大大降低了建筑物的扭曲和弯曲，也会明显降低摇摆程度（减小地震加速度），降低建筑物的损坏。在隔震建筑设计时，主要考虑地震周期、烈度、最大位移量和建筑物重量等参数，隔震器和阻尼器的合理使用，可以降低1—2度地震烈度。隔震橡胶支座是由薄钢板和薄橡胶板交替叠合,经高温、高压硫化而成。隔震橡胶支座既能保证竖向刚度和承载力，又可大幅度减小水平刚度，使建筑物具有隔震性能。隔震橡胶支座可按中孔是否有插芯划分为无芯型和有芯型两种。无芯型是由钢板和叠层橡胶组成；有芯型（铅芯橡胶支座）是在多层橡胶支座中设置圆柱铅芯。多层橡胶支座具有承担建筑物载荷和水平位移的功能，高阻尼橡胶支座依靠橡胶大分子链段的内摩擦及链段的协同作用，吸收大量的振动能量。铅芯橡胶支座在多层橡胶支座剪切变形时，靠塑性变形吸收能量，铅芯依靠自身在常温下进行再结晶恢复其力学性能。高阻尼隔振橡胶支座与铅芯橡胶支座功能上实现了，隔震器和阻尼器融为一体，可大大节约建筑空间、降低成本。天然胶隔振橡胶支座阻尼性不大于5%，水平向依靠叠层橡胶的大变形实现隔振性能，水平向的大变形为弹性变形，简化了支座的设计。刚性滑移支座具有大位移功能，水平向依靠摩擦耗能，一般摩擦系数不大于3%。刚性滑移支座可与其它类型支座搭配使用，减小水平向的等效刚度，增加整体承载，在重量较轻的建筑上使用优势明显。建筑隔震橡胶支座具有以下优点： ①竖向承载性能——能稳定地支撑建筑物； ②变形性能——适度的柔性，使其低水平刚度能适应建筑物与地基之间的相对变形； ③合理的阻尼特性——能够有效地控制隔震结构的地震反应，特别是减小上部结构的水平位移； ④复位功能——利用橡胶材料的高弹性，使支座在受风震及地震时能极快恢复原位； ⑤耐久性——具有与建筑物同步的使用寿命。

建筑工程叠层橡胶隔震支座施工及验收规范

云南省工程建设地方标准建筑工程叠层橡胶隔震支座施工及验收规范Code for construction and acceptance of seismic isolation rubber bearings of buildings （征求意见稿）二○一二年九月

前言本标准是根据云南省住房和城乡建设厅的要求，由云南震安减震技术有限公司会同有关单位编制而成。编制组开展了专题调查和研究，总结了我国、我省近年来建筑工程应用叠层橡胶隔震支座的实践经验并借鉴现行的有关规范标准和相关技术资料，在广泛征求意见的基础上，制订了本标准。本标准主要内容有：1.总则；2.术语；3.基本规定；4.隔震支座安装施工；5.隔震层相邻构（配）件施工；6.隔震建筑工程验收；7.隔震建筑维护；8.附录。本标准将来可能需要进行局部修订，有关局部修订的信息和条文内容将刊登于云南省土木建筑学会建筑结构专业委员会网站(https://www.wendangku.net/doc/ad7029851.html,)。为了提高标准质量，请各单位在执行本标准的过程中，注意总结经验，收集资料，随时将有关的意见和建议反馈给主编单位，以供今后修订时参考。本标准由云南省住房和城乡建设厅负责管理，由主编单位负责具体技术内容的解释。本标准主编单位：云南震安减震技术有限公司本标准参编单位：昆明理工大学、云南省地震工程研究院、云南省设计院、昆明恒基建设工程施工图审查中心、云南省建筑工程设计院、昆明有色冶金设计研究院、云南安泰建设工程施工图设计审查事务所有限公司、昆明官房建筑设计有限公司、云南工程建设总承包公司。目录

1总则 (3) 2术语 (4) 3基本规定 (6) 3.1施工管理 (6) 3.2施工技术 (6) 3.3施工质量与安全 (6) 4隔震支座安装施工 (8) 4.1一般规定 (8) 4.2施工准备 (8) 4.3隔震支座及连接件进场 (8) 4.4下预埋件定位固定 (9) 4.5下支墩混凝土浇筑 (9) 4.6隔震支座安装 (10) 4.7上支墩混凝土浇筑 (10) 4.8隔震支座安装检验批验收 (10) 5 隔震层构（配）件施工 (12) 5.1一般规定 (12) 5.2穿越隔震层管线施工 (12) 5.3隔震层楼电梯施工 (13) 5.4隔震缝施工 (13) 5.5隔震层构（配）件检验批施工验收 (14) 6隔震建筑工程验收 (15) 6.1一般规定 (15) 6.2隔震支座安装分项工程施工验收 (15) 6.3隔震层构（配）件分项工程施工验收 (15) 6.5隔震层子分部工程施工验收 (15) 6.6隔震建筑竣工验收 (16) 7隔震建筑标识与维护 (17) 7.1隔震建筑标识 (17) 7.2隔震建筑维护和检查 (17) 附表A隔震支座安装工程检验批质量验收记录表 (19) 1总则 1.0.1为加强隔震建筑工程施工技术管理，规范施工技术标准，统一施工质量检验、验收

基础隔震综述

基础隔震研究进展综述摘要：基础隔震技术是一种结构控制技术在工程中应用广泛，其有造价低廉，施工便捷、控制效果佳，受到国内外的重视。本文综述了基础隔震的概念，以及研究进展。关键词：基础，隔震，支座，阻尼，进展一、引言近年来我国在结构的隔震研究十分活跃，工程应用日益增多，已开始从理论和试验研究、方案设计、结合实际工程进行分析研究，在我国新的《建筑抗震设计规范》中，已增加了隔震专门章节。工程结构应用橡胶支座的推荐性设计标准亦已批准。在国际方面，自第一届国际结构控制会议于年在美国洛杉矶召开以来，大约每9 年召开一次，有关领域的文章也常见于国内外期刊和会议上。二、概念建筑结构隔震的本质思想是通过增加能够提供柔性和适当耗能装置（阻尼）的隔震层（系统），以达到减小结构振动的目的。基础隔震，就是在建筑物的基础和上部结构之间设置一个隔震层，延长结构的振动周期，适当增加结构的阻尼，使结构的位移集中于隔震层，上部结构像刚体一样，自身相对位移很小，从而使建筑物不发生破坏或倒塌。基础隔震技术的基本原理是通过设置在结构物底部与基础顶面之间的隔震消能装置，增加结构的变形能力和滞变阻尼。变形能力的增加，使得结构在地震作用下保持不倒；而阻尼的增大可以吸收更多的地震能量从而大大减小地震作用、基底位移和结构变形。同时，结构变形能力的增大导致了结构产生的第一振型周期变长。这与增大的阻尼相结合，就可以大大降低地震影响系数，并且结构底部有足够的横向变形能力和滞变阻尼，使得结构底部的应力分布较为均匀，避免了常见的结构底部首先破坏的可能性。三、基础隔震体系的主要类型基础隔震体系按隔震机理不同可划分为橡胶支座隔震体系、滑动摩擦隔震体

铅芯橡胶支座力学性能及应用研究

铅芯橡胶支座力学性能及应用研究本文介绍了铅芯橡胶支座的性能，利用大型通用结构分析程序Ansys，对一实际工程建模分析了铅芯橡胶支座的减震效果，结果证明铅芯橡胶支座具有较好的减震、隔震性能。标签：铅芯橡胶支座减隔震连续梁应用研究 1 铅芯橡胶支座及力学特性铅芯橡胶支座是新西兰人W.H.Robinson在1975年4月发明的，一经问世就受到各国关注，并得到了广泛应用。它将竖向支承、水平向柔性（由橡胶提供）和滞变阻尼（由铅的塑性变形提供）三种功能结合在一个装置里，比较经济地解决了桥跨结构的隔震问题。一般叠层橡胶支座是由薄橡胶板和薄钢板交错叠合并相互硫化粘结而成的产品。由于钢板对橡胶板横向变形产生约束，使其具有非常大的竖向刚度。同时钢板又不影响橡胶板的剪切变形，保持了橡胶固有的柔韧性，使其具有比竖向刚度小得多的水平刚度，及延长桥梁结构的水平自振周期。从而使支座具有竖向支承与水平隔震机构的双重功能。铅芯橡胶支座的吸能效果主要是利用铅芯弹塑性变形来达到。由于铅棒的屈服强度较低（7MPa），并在弹塑性变形条件下具有较好的疲劳性能，它被认为是一种较理想的阻尼器。大量实验研究表明：铅芯橡胶支座的恢复力模型可以用双线性来表示。铅芯橡胶支座的屈服力与铅棒的面积有关，增大铅棒的面积可以提高屈服力，从而提高耗能效果。铅芯橡胶隔震支座的滞回耗能特性主要有其控制参数屈服力、初始剪切刚度及屈服后刚度所确定。本文主要致力于对铅芯支座的计算及实际应用，推动减隔震支座在桥梁中应用与发展。 2 抗震分析方法 2.1 模型建立清瀾大桥由于引桥结构是对称结构，考虑到各联之间的相互影响，以及对比不同墩高之间的隔震效果，现选择西侧引桥7号桥墩至15号桥墩之间的部分作为抗震分析对象，此部分的桥型图如图1所示。采用有限元程序Ansys对该大桥进行抗震计算，采用空间梁单元beam188模拟预应力混凝土连续梁桥的主梁和桥墩；二期恒载采用集中质量单元mass21模拟；主梁与边墩之间的联结用combine39单元来模拟。桥梁结构有限元计算模型简图如图2所示，对于非隔震结构，墩与梁之间考虑板式橡胶支座，采用铰接，而桥台处考虑四氟板支座，采用摩擦单元，顺桥向则是用非线性摩擦滑移单元Combine39来模拟滑移支座。单元的起滑力为 f=μ·FN (1)

普通、盆式、铅芯、减隔震支座比较

橡胶常用的隔震支座说明减隔震系统除应满足正常的使用要求外，同时应能提供额外的水平柔度和耗能能力。因此，选择一个减隔震系统应仔细考虑系统的正常承载能力和位移要求、屈服强度、超过正常设计荷载后的往复变形能力、耗能能力和变形后的自复位能力等。 1、板式橡胶支座图1，板式橡胶支座通过其剪切变形提供隔震所需的水平柔度，其主要缺点是水平刚度很小，在较低水平力如制动力、摇摆力等作用下，支座也会产生较大的变形。为了控制过大的水平位移，可将板式橡胶支座与钢制阻尼器结合使用。图1 板式橡胶支座构造 2、铅芯橡胶支座图2，铅芯橡胶支座的铅芯提供了地震下的耗能和静力荷载下所必须的屈服强度与刚度，在较低水平力作用下，因具有较高的初始刚度，其变形很小。在地震作用下，由于铅芯的屈服，一方面消耗地震能量，另一方面，刚度降低，达到延长结构周期的目的。图 2 铅芯橡胶支座图 3 铅芯橡胶支座滞回曲线铅芯橡胶支座早在60年代就已发明，并在工程实际应用中被广泛采用，但关于其力学分析模型及设计参数的准确确定目前仍没有很好解决，我国在一些隔震建筑中已采用了铅芯橡胶支座，其力学模型和设计参数也没有明确的条文规定。另外，铅芯橡胶支座利用了铅剪切挤压滞回变形和橡胶剪切滞回变形两种机制耗能，耗能能力大，可提供较大的阻尼力，具有良好的减震效果，然而铅芯的增加使得该隔震体系的自恢复能力大大降低了。而且这种支座的缺点是隔震频带较窄，不能实现对多种频率特点的地震波都具有有效的减震、隔震效果。 3、高阻尼橡胶支座高阻尼橡胶支座是采用特殊配制的橡胶材料制作，其形状及构造与天然橡胶支座相同。但该橡胶材料粘性大，其自身可吸收能量。由于与耗能功能集成在一起，可以节省使用空间，使用比较方便。

《建筑工程叠层橡胶隔震支座性能要求和检验规范》修订对照表

《建筑工程叠层橡胶隔震支座性能要求和检验规范》修订对照表序号原文修改原因修订后 3/3.0.1 （1）增加支座示意图增加产品识别度，提高标准实用性,增加支座示意图。 3 支座分类 3.0.1支座示意图如图3.0.1所示。图3.0.1 支座示意图 3.0.2 3.0.1支座按构造可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种类型，如表3.0.1所示。表3.0.1 支座按构造分类3.0.2支座的构造见表3.0.2.1、表3.0.2.2，圆形支座按构造可分为Ⅰ、Ⅱ两种类型，矩形支座构造亦可分为Ⅰ、Ⅱ两种类型。表3.0.2.1 Ⅰ型支座按构造分类构造类型剖面构造图平面构造图 Ⅰ 型连接板和封板用螺栓连圆形支座

Ⅰ型连接板和封板用螺栓连接。封板与内部橡胶黏合，橡胶保护层在支座硫化前包裹连接板和封板用螺栓连接。封板与内部橡胶黏合，橡胶保护层在支座硫化后包裹 Ⅱ型连接板直接与内部橡胶黏合 Ⅲ型支座与连接板用凹槽或暗销连接 3.0.2 支座按材料可分为天然橡胶支座、铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座三类。（1）结合我省生产、使用实际情况支座按构造分类仅涉及Ⅰ型支座第1 种橡胶保护层硫化前包裹型和Ⅱ型支座。因此删除Ⅰ型支座第2种橡胶保护层硫化后包裹型和Ⅲ型支座。（2）细化支座结构类型，增加支座平面构造图、剖面构造图。我省工程实践、隔震支座生产均没有涉及橡胶保护层硫化后包裹型，也没Ⅲ 型支座。此外增加产品识别度，提高标准实用性分别增加Ⅰ型/Ⅱ型支座平面构造图、剖面构造图. 接。封板与内部橡胶黏合。矩形支座单孔四孔表3.0.2.2 Ⅱ型支座按构造分类构造类型剖面构造图平面构造图 Ⅱ 型连接板与内部橡胶黏合。圆形支座矩形支座单孔保护胶螺栓连接板封板

浅析铅芯隔震橡胶支座在桥梁抗震设计中的应用

浅析铅芯隔震橡胶支座在桥梁抗震设计中的应用发表时间：2017-10-24T15:18:10.703Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第15期作者：毛伟 [导读] 我们必须寻求更为有效的抗震手段，如基于减隔震装置的结构控制技术等。杭州市城建设计研究院有限公司上海分公司上海 201315 摘要：对于地震作用，传统结构设计采用的对策是“抗震”，即主要考虑如何为结构提供抵抗地震作用的能力。一般来说，通过正确的“抗震”设计可以保证结构的安全，防止结构整体破坏或倒塌，然而，结构构件的损伤却无法避免。因此，我们必须寻求更为有效的抗震手段，如基于减隔震装置的结构控制技术等。关键词：桥梁抗震；隔震支座对于桥梁或建筑结构，目前发展相对成熟、实际应用较为广泛的是减隔震技术。减隔震技术是一种简便、经济、先进、有效的工程抗震手段。铅芯橡胶支座是在一般板式橡胶支座基础上，在支座中心放入铅芯，以改善橡胶支座的阻尼性能的一种减隔震支座，其具有减隔震效果显著、适用范围广等特点，目前，铅芯橡胶支座已在我国广泛应用。一、减隔震原理地震中通过橡胶在水平方向的大位移剪切变形，隔离桥梁上、下部结构的地震运动，延长结构自振周期，减小地震作用力，并提供支座恢复力，通过铅芯在支座剪切过程中的挤压屈服耗散地震能量，从而实现减隔震功能。二、减隔震设计铅芯隔震橡胶支座的水平性能评价指标，根据在一定应变条件下其等效水平刚度和等效阻尼系数来判定其性能是否满足设计要求，等效水平刚度和等效阻尼系数的具体计算方法如图所示： Keq等效水平刚度（kN/m），heq等效阻尼系数，γ水平应变 FDmax、FDmin最大恢复力、最小恢复力 Dmax、Dmin最大变位、最小变位 W弹性变形吸收的能量，ΔW滞回曲线吸收的能量。在日本规范中，要求 175%应变下的试验所得等效水平刚度在设计值±10%范围内，而要求试验所得等效阻尼系数≥设计值。同时要求支座的水平变形破坏性能需要达到 300%应变以上。对于竖向承载力指标方面，日本是通过检测其竖向刚度和竖向变形值来判定；根据竖向压缩试验计算竖向刚度的试验值，规范要求其设计值±30%范围内；同时需要判断支座在设计死荷载与设计荷载之间的变形，要求变形值小于1mm。在满足以上基本力学性能条件下，支座还必须满足以下相关稳定性试验要求，规范要求在以下各种稳定性试验研究中，支座的等效水平刚度和等效阻尼系数的变化在±10%以内。本跨线桥主桥跨越某绕城高速公路，为避免高速公路外侧各类管线，主跨采用26.02m+29.2m跨径组合，上部为简支小箱梁，抗震采用下跨高速公路的设防标准取值，按地震基本烈度7度设防，地震动峰值加速度0.1g，抗震设防类别为乙类，抗震设防措施等级为8度，抗震设计方法为A类，E1和E2调整系数分别为0.61和2.2。本场地建筑抗震设防烈度为7度，设计地震基本加速度值为0.10g。设计地震分组为第一组，为Ⅳ类建筑场地，抗震重要性类别属乙类（重点设防类）。根据（DGJ08-9-2003）第3.2.2条规定，在多遇地震时设计特征周期值为0.9s，罕遇地震时设计特征周期值为1.1s。两跨简支小箱梁采用Y4Qx470x1铅芯橡胶支座+GYZF4d450x71mm板式橡胶支座间隔组合隔震体系，验算在E2地震作用下支座剪切应变及稳定性，计算隔震措施后的地震作用。地震作用分析计算模型如下图所示。本次根据《公路桥梁铅芯隔震橡胶支座》选用隔震支座为Y4Qx470x1铅芯橡胶支座，支座高度128mm，安装高度168mm，支座弹性刚度10.6KN/mm，铅芯屈服力81KN，屈服后刚度1.7KN/mm，水平等效刚度2.3KN/mm，等效阻尼比16.7%。

铅芯橡胶隔震支座

LRB 我国的建筑隔震技术的研究开始于上世纪90年代，建筑用的隔震支座主要两大类：橡胶隔震支座和滑动隔震支座。橡胶隔震支座的工艺比较成熟，主要谈橡胶隔震支座中铅芯橡胶隔震支座。在普通橡胶隔震支座中开孔注铅，利用橡胶部分承重，利用铅芯部分在地震中的弹塑性性能达到耗散地震能量，减小地震震害效果、铅充当阻尼，还能提高竖向承载力，降低地震作用和减小隔震层位移。目前国内隔震普遍采用铅芯橡胶支座，但也有不少问题，在大变形阶段，铅芯易挤压不易复位，铅对环境也有影响。我国正研究高阻尼橡胶支座。铅芯橡胶支座是目前国内外隔震结构设计中应用最广的一类隔震装置和弱连接装置，被广泛应用于新建隔震结构，加固改造工程以及连廊、雨篷、网架屋盖等与主体结构之间。橡胶隔震支座是目前世界范围内各类隔震结构中最常用的一类隔震装置，主要包括天然橡胶支座、铅芯橡胶支座和高阻尼橡胶支座及各类改进型支座。不足：因为橡胶支座通过水平剪切变形延长建筑桥梁的一阶固有周期，水平位移不能超过直径四分之三，否则发生失稳破坏，对于大型建筑需要支座比较大，导致设计施工造价等问题，满足要求的新型支座。耐久性和耐火性：橡胶空气氧化、气温、震动等影响发生火灾时钢板良好的导热性会加速橡胶损坏，要注意。研究表明：通过对比分析和国内实际情况，现阶段铅芯橡胶隔震支座具有更好的隔震效果和经济效益（直接建设经费和震后减少的损失费用). 建筑铅芯橡胶隔震支座从原始的应用于建筑桥梁工程中，逐渐应用到军队、医院、学校、消防中心、计算机中心、博物馆、商场、工厂、住宅等重要建筑工程中。经过几十年的淘汰式发展，隔震技术成为最有效的结构振动控制技术。借助铅芯橡胶支座这种隔震装置，人类对建筑结构进行隔震设计的梦想终于得以实现。然而，建筑结构隔震设计效果的保证不仅仅依赖于能否生产制造出力学性能符合设计要求的铅芯橡胶支座，还更大程度上依赖于能否对整体建筑结构进行可靠的隔震设计及计算分析。从国内外隔震技术发展的现状来看，叠层橡胶隔震技术室现代隔震领域的主流，且主要分布在人口稠密，经济发达的城市。村镇结构一般在4层以下，具有周期短，自重轻等特点，若采用传统的橡胶隔震技术，隔震支座的设计面压往往远小于极限面压，从而造成隔震支座成

普通、盆式、铅芯、减隔震支座比较

上支座板下支座板橡胶钢板常用的隔震支座说明减隔震系统除应满足正常的使用要求外，同时应能提供额外的水平柔度和耗能能力。因此，选择一个减隔震系统应仔细考虑系统的正常承载能力和位移要求、屈服强度、超过正常设计荷载后的往复变形能力、耗能能力和变形后的自复位能力等。 1、板式橡胶支座图1，板式橡胶支座通过其剪切变形提供隔震所需的水平柔度，其主要缺点是水平刚度很小，在较低水平力如制动力、摇摆力等作用下，支座也会产生较大的变形。为了控制过大的水平位移，可将板式橡胶支座与钢制阻尼器结合使用。图1 板式橡胶支座构造 2、铅芯橡胶支座图2，铅芯橡胶支座的铅芯提供了地震下的耗能和静力荷载下所必须的屈服强度与刚度，在较低水平力作用下，因具有较高的初始刚度，其变形很小。在地震作用下，由于铅芯的屈服，一方面消耗地震能量，另一方面，刚度降低，达到延长结构周期的目的。图 2 铅芯橡胶支座图 3 铅芯橡胶支座滞回曲线铅芯橡胶支座早在60年代就已发明，并在工程实际应用中被广泛采用，但关于其力学分析模型及设计参数的准确确定目前仍没有很好解决，我国在一些隔震建筑中已采用了铅芯橡胶支座，其力学模型和设计参数也没有明确的条文规定。另外，铅芯橡胶支座利用了铅剪切挤压滞回变形和橡胶剪切滞回变形两种机制耗能，耗能能力大，可提供较大的阻尼力，具有良好的减震效果，然而铅芯的增加使得该隔震体系的自恢复能力大大降低了。而且这种支座的缺点是隔震频带较窄，不能实现对多种频率特点的地震波都具有有效的减震、隔震效果。 3、高阻尼橡胶支座高阻尼橡胶支座是采用特殊配制的橡胶材料制作，其形状及构造与天然橡胶支座相同。但该橡胶材料粘性大，其自身可吸收能量。由于与耗能功能集成在一起，可以节省使用空间，使用比较方便。

SMA-橡胶支座隔震的研究进展

论文题目：SMA-橡胶支座隔震的研究进展指导老师：李爱群姓名：俎相杰学号：130930 日期：2014.5.12

SMA-橡胶支座隔震的研究进展摘要：SMA-橡胶支座由于其独特的形状记忆效应和超弹性等性能，具有良好的隔震耗能效应，得到了广泛的关注和研究。本文简要梳理了国内外SMA-橡胶支座的研究现状，并指出了目前研究中存在的问题和解决方法。关键字：SMA-橡胶支座；研究现状；关键问题 Research progress of SMA- rubber bearing isolation Abstract:SMA- rubber bearing has good performance of isolation and energy dissipation due to its unique shape memory effect and super elastic properties, so that this new kind of rubber bearing gets the extensive concern and has been researched a lot. This paper briefly reviews the domestic and foreign research status of SMA- rubber bearing, and points out the current problems and solutions. Keywords: SMA-rubber bearing; research status; key problems 0 引言理论研究和工程实践表明，结构振动控制技术能显著提高房屋建筑的抗震防灾性能。隔震作为主要的结构振动控制措施之一，可显著改善工程结构的抗震安全性，同时能够较好地维持地震灾害中结构及其内部设备的正常使用功能，因此受到了国内外研究和设计机构的广泛关注[1]。隔震结构通过隔震层的集中大变形和所提供的阻尼将地震能量隔离或耗散，地震能量不能向上部结构全部传输，因而上部结构的地震反应大大减小，振动减轻，结构破坏减轻甚至不产生破坏[2]。支座隔震技术是一种常用的结构减震手段。目前在工程隔震领域应用最为广泛的隔震支座主要是通过增加结构的柔性，提高结构周期来达到隔震的目的。但是由于橡胶本身阻尼小耗能不足，会造成由于隔震层变形较大所导致的支座失稳，所以它必须与其它阻尼器一起配合使用才能取得较好的隔震效果；铅芯橡胶支座除利用叠层橡胶增加结构的柔性外还可利用铅剪切挤压塑变机制耗能，耗能能力较强。但是铅芯塑性变形后无法恢复自身原有形状，从而大为降低了该型橡胶支座的自恢复能力。形状记忆合金（Shape Memory Alloy，缩写为SMA）是一种新型功能材料和智能材料。与普通金属材料相比，它具有独特的形状记忆效应、超弹性效应等特性[3]。SMA的超弹性效应指的是当材料温度超过马氏体逆相变终了温度A f（完全奥氏体）时，恒温拉伸奥氏体SMA，且加载卸载的应力-应变曲线形成一个完整的滞回环，且卸载后的残余应变为零。由此可以看出SMA不仅在应力去除后应变能完全消失，而且能够提供较好的耗能效果。由于SMA的超弹性实际上是由于合金内母相（奥氏体相）-马氏体相和马氏体相-母相（奥氏体相）之间发生相变而形成的，因此对材料没有损伤，且抗腐蚀性能好，可制作不同类型的隔震和耗能装置[4-6]。基于这些优异的性能，国内外学者开始将SMA材料用于新型被动控制和主动控制装置的理论研究和应用。 1 国内外研究现状 1.1 国内研究现状霍永忠和Hoffimann（1996）[7]将SMA（NiTi）丝埋入石墨环氧树脂板，通过控制SMA 丝的温度来控制复合材料薄板的振动，研究了预拉伸SMA丝对复合材料板的主动振动控制，试验结果表明这种方法可以取得较好效果。王吉军、崔立山、杨大智等（1997）[8]以SMA为驱动器，利用SMA（NiTi）丝形状记

采用叠层橡胶支座隔震技术的建筑设计简述

采用叠层橡胶支座隔震技术的建筑设计简述发表时间：2018-11-14T20:17:52.850Z 来源：《基层建设》2018年第28期作者：杨炎为胡乔 [导读] 摘要：目前有关叠层橡胶支座隔震建筑的设计仍然是侧重于结构设计，在建筑设计方面的资料却是非常少的。四川省建筑设计研究院设计三院四川成都 610041 摘要：目前有关叠层橡胶支座隔震建筑的设计仍然是侧重于结构设计，在建筑设计方面的资料却是非常少的。对于一名建筑师来说，充分了解叠层橡胶支座隔震建筑的性质，这将有助于安全合理的建筑设计以及其技术的推广应用。关键词：隔震建筑叠层橡胶支座；空间构成；细部设计我国地处环太平洋地震带和地中海南亚地震带两大地震带的中间，是多地震国家。地震规模之大，破坏之严重，我们不得不做出深刻反思：我们的房屋到底能抗几级地震，以后的再建工程，我们该如何考虑结构的抗震。作为建筑设计人员，我们不得不再一次认真的思考这个问题。目前的抗震设计分为“抗震”和“隔震”。传统的抗震设计注重对地震作用的抵抗，采用“以刚克刚”的方法，为此，我们的结构设计留下了不少余地，材料用量较多，但是抗震效果却不一定好。而隔震设计是采用“以柔克刚”的办法，在建筑物底部设置水平柔性的隔震装置，使结构柔化，降低水平刚度，延长结构的基本自振周期，从而减小结构的水平向地震反应。叠层橡胶支座作为最有效的隔震技术之一，是目前使用最为广泛，最为成熟的技术。 1 叠层橡胶支座的基本原理 1.1叠层橡胶支座的基本原理日本将隔震建筑称为“免震建筑”，是结构抗、减震技术运用中的其中一种，其原理为采用隔震装置改变建筑物与地基之间连接方式。通俗意义上来讲就是打破了我们传统意义上的柱子要生根的说法，在地上结构与地下基础之间设置隔震装置。通常情况地震波的能量都是通过地面直接传递给建筑，但是增加了隔震装置的建筑地震波的大部分能量就会被隔震装置给吸收。因此地震对建筑的摇摆程度会明显的降低，并降低构造及设备的破坏。地震模拟震动台试验和地震实测的结果已证实：当地震发生时，橡胶支座可以减轻地震反应70%-90%，效果相当显著。 1.2隔震装置根据隔震建筑的原理可知，隔震装置设置在建筑底部用来承受竖向荷载，并以其变形特性延长建筑物的震动周期。隔震装置分为支座和阻尼器两大类。前者为支承建筑的荷载，后者在地震时抑制建筑的较大扭曲，减缓地震时建筑的晃动作用。 2 采用叠层橡胶支座隔震技术的建筑空间构成传统抗震建筑受到高抗震设防等级的影响，对建筑的布局与造型的限制很大。在1#宿舍的初设阶段，我们的结构工程师就用普通框架结构形式计算过，最后得出的结论是建筑平面上柱子数量比现在增加40%，柱子大小比现在增加25%，这样势必会对建筑的造型和内部功能使用限制很大，而在建筑造价基本持平的情况下，普通框架形式的抗震效果上并不如隔震建筑好。采用叠层橡胶支座的建筑，由于地震中间产生的大量地震波被隔震层所吸收，只有极少的能量传递到上部结构中，大大增加了设计的自由度。在空间构成上分为四大类：上部结构、隔震层、下部结构、外周部。 2.1上部结构上部结构位于隔震层的上方，地震时产生大的位移，此位移量取决于设计，方向是前后左右全方位的。上部结构变形大而加速度小，建筑的大部分使用者都集中于此，所以为了上部结构在地震时不发生大的变形，应采取以下措施。 2.2隔震层隔震层是指设置隔离层或阻尼装置等隔震部件的区域。隔震层在上下楼层间易发生大的层间变形，因此在必要的部位必须采取充分的隔震措施来适应这个变形。 2.3下部结构下部结构位于隔震层下方，是支承上部结构及隔震层的部分。在不设地下室的基础隔震类型中，基础相当于下部结构。 2.4外周部外周部是指与上部结构邻接的地表部分。外周部和上部结构之间产生350mm左右的相对位移。为避免人员等靠近，设植栽等阻挡物。 3 采用叠层橡胶支座隔震技术的建筑细部设计 3.1隔震安全间距 3.1.1水平移动空间隔震建筑与普通建筑的特点就是在于建筑的垂直方向需要设置一个“缝”，通过这个“缝”将建筑的可动部分与不动部分进行分离，这种分离带来隔震设计的最大难点，“缝”的安全就至关重要，为了防止人掉入、防水、防尘等，一般需要在支座上设置挑板，使竖向防震缝转化为水平隔震缝，这两种缝的宽度由结构设计计算得出。 3.1.2隔震层防水雨水要流入隔震层主要是从室外的隔震缝，隔震缝的作用主要是分隔上下两部分以减缓地震给建筑带来的冲击，为了减少隔震缝对建筑外立面的影响，因此将隔震基座降到最低点，若隔震缝距离室外地面只有50mm，在此就必须要对建筑外周的一圈隔震缝的做法进行特殊处理，因为隔震缝的很多情况与建筑抗震外墙变形缝相同，所以我们采用国标图集中EL型，可伸缩的铝合金面板来封堵，内部有一层止水带进行防水。 3.1.3隔震层通风隔震层作为管道设备夹层，虽然有楼梯与上层连接，但是楼梯间设有防火门，此门在没人检修的情况下是常年关闭的。首先隔震基座是橡胶与铅芯的合成材料如果常年处于封闭情况必定会影响基座的耐久性，对建筑带来很大的安全隐患。其次检修人员在进入封闭的环境中，缺少氧气是很难进行设备检修，并且在不通风的情况下隔震层必定会产生异味、滋生细菌，对建筑的使用者来说是及其不利的。所以需要对隔震层设置通风口。 4.结语尽管我国隔震建筑技术还有不完善的地方，但作为一种新的抗震理念和设计方法，只要我们建筑师带着一颗负责的心，去对待每座建