現(xiàn)代隔震與消能減震設(shè)計(jì)通過將非線性、大變形集中到隔震支座和阻尼器上,既簡化了結(jié)構(gòu)分析方法,也提高了抗震設(shè)計(jì)的可靠性。隔震層作為關(guān)鍵環(huán)節(jié),其設(shè)置位置多樣,基礎(chǔ)隔震作為廣泛應(yīng)用的技術(shù),主要在基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)間安裝橡膠彈性墊或摩擦滑動(dòng)承重座等緩沖裝置。
隔震與消能減震設(shè)計(jì)的核心優(yōu)勢是 “非線性、大變形集中于隔震支座與阻尼器”,具體體現(xiàn):設(shè)計(jì)聚焦:僅需優(yōu)化隔震構(gòu)件(支座阻尼比、水平剛度),無需復(fù)雜計(jì)算上部結(jié)構(gòu)非線性響應(yīng);分析簡化:上部結(jié)構(gòu)因地震作用降低(降幅 60%-80%),可按彈性變形分析,結(jié)果更可靠;修復(fù)便捷:震后僅需更換受損隔震構(gòu)件,上部結(jié)構(gòu)基本無損傷,降低修復(fù)成本。
放樣定位:支座墊石的放樣通常從蓋梁中心線向兩側(cè)進(jìn)行。通過設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算出蓋梁中心線距墊石中心點(diǎn)的距離,然后進(jìn)行精確放樣。
其他消能支座:如通過在支座頂板與橡膠板上方的鋼襯板之間設(shè)置特殊界面(干摩擦面、阻尼材料等),在地震等水平力作用下通過相對(duì)滑動(dòng)或變形來消耗能量,保護(hù)主體結(jié)構(gòu)。
普通橡膠支座:檢測內(nèi)容包括外購質(zhì)量、內(nèi)在質(zhì)量、抗壓彈性模量、抗剪彈性模量、極限抗壓強(qiáng)度、抗剪老化性能。
支座伸縮裝置特性GQF-CD 型、GQF-F 型、GQF-E 型、GQF-L 型伸縮裝置均由兩根邊梁(對(duì)應(yīng)型號(hào)的熱軋異型鋼材)與橡膠密封帶組成,結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便,適用于伸縮量為 0~80mm 的建筑支座配套使用。其中,鋼質(zhì)邊梁采用 16Mn 精軋制成,錨固板及 Φ16 錨固件為核心受力構(gòu)件,保障伸縮裝置與支座的連接可靠性。
隔震支座的核心設(shè)計(jì)特點(diǎn)是 “水平柔性、豎向承重”,其豎向剛度顯著低于混凝土構(gòu)件,具體對(duì)比需修正單位偏差并補(bǔ)充計(jì)算依據(jù):
在建筑結(jié)構(gòu)中,摩擦擺減隔震支座扮演著重要的角色,它不僅可以減輕自然災(zāi)害對(duì)建筑的危害和破壞,保護(hù)人員生命財(cái)產(chǎn)安全,還能使建筑結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固、安全、可靠。同時(shí),該支座在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中也必不可少,能夠有效地降低建筑結(jié)構(gòu)的自然頻率,并提高其抗震性能。

鉛支座:利用鉛的塑性變形能力來耗能,在某些特定抗震結(jié)構(gòu)中有應(yīng)用。
同時(shí),劇縫時(shí)要注意必須將瀝青混凝土路面切透,以防止開槽時(shí),縫外瀝青混凝土的松動(dòng)。同時(shí),所有板式橡膠支座,在小豎向荷載作用下,都應(yīng)保證支座本身不得有任何滑移現(xiàn)象。同時(shí),橡膠支座的厚度要能適應(yīng)梁體轉(zhuǎn)角的需要。同時(shí),橡膠支座對(duì)建筑變形的約束應(yīng)盡可能小,以便能夠讓梁體自由伸縮及轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí),支座的厚度要能適應(yīng)梁體轉(zhuǎn)角的需要。同時(shí),支座的厚度也應(yīng)能適應(yīng)梁體轉(zhuǎn)角的需要。同時(shí)還配以抗震擋塊,防止梁板左右移位,擋塊位于蓋梁兩側(cè)外端,它從兩端把梁板穩(wěn)穩(wěn)卡在蓋梁上。同時(shí)還要考慮溫度因素,以提高橡膠支座自身轉(zhuǎn)動(dòng)性能。同時(shí)具有良好的防震作用,可減少動(dòng)載對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)與橋墩的沖擊作用。同時(shí)橡膠支座具有較大的水平剪切變形能力,以滿足上部結(jié)構(gòu)對(duì)建筑支座要求的使用功能。同時(shí)要求在罕遇地震作用下的極限承載力狀態(tài)下,豎向壓應(yīng)力一律不得超過30MPA,避免支座被壓壞。同時(shí)也適用于建筑構(gòu)件拼裝接縫,盾構(gòu)法隧道管片接縫,接縫的嵌縫,板縫墻縫的止水。
隔震建筑的一個(gè)重要特點(diǎn)就是使用兩種大型軸承來支撐整棟建筑。種是由交替層的橡膠和鋼板制成的層壓橡膠軸承,這種軸承能夠左右擺動(dòng),從而使建筑不受地面震動(dòng)的影響。隨著震動(dòng)的加劇,通過附上可平穩(wěn)滑向軸承的樹脂,滑動(dòng)隔震裝置——一種采用滑動(dòng)機(jī)械裝置的層壓橡膠軸承——可吸收強(qiáng)烈震動(dòng)。這些隔震技術(shù)理論上不僅能將建筑頂層的震動(dòng)強(qiáng)度降低到地面地震強(qiáng)度的三分一,還能大幅降低建筑的擺動(dòng)速度。這不僅可以防止建筑物的框架受損,還可以防止室內(nèi)大件家具倒下。
待砂漿硬化后拆除調(diào)整支座水平用的墊塊,并用環(huán)氧砂漿填滿墊塊位置,環(huán)氧砂漿要求灌注密實(shí)。單層空曠房屋應(yīng)繪制構(gòu)件布置圖及屋面結(jié)構(gòu)布置圖,應(yīng)有以下內(nèi)容:單個(gè)表面氣泡面積不超過50MM2單個(gè)表面氣泡面積不超過50MM2雜質(zhì)面積不超過30MM2單向活動(dòng)支座:具有豎向轉(zhuǎn)動(dòng)的單一方向滑移性能,代號(hào)為DX。但板式橡膠支座位移量是非常有限的,和梁支撐端不能完全自由旋轉(zhuǎn)。但頂升時(shí)支點(diǎn)多、設(shè)備復(fù)雜,人員協(xié)調(diào)較困難,工程不可預(yù)測性較大,具有較大的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)性。但各省內(nèi)車輛還是有一定特點(diǎn)的,省內(nèi)車輛荷載統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)完全可以收斂。但規(guī)模和銹往往使這種支持凍結(jié)失敗。但滾動(dòng)橡膠支座只允許單向轉(zhuǎn)動(dòng),因此當(dāng)采用這種橡膠支座時(shí),遇上地基沉降就困難。但就是這小小的支座,卻能讓大橋屹立不倒,所以選擇橡膠支座必須選擇質(zhì)量過關(guān)的。但是,如能從其他受力上求出這四個(gè)未知力中的某一個(gè),則另外三個(gè)未知力則可全部求出。但是,這一方案在施工過程中由于受多種因素的制約難以實(shí)現(xiàn)。但是板式橡膠的橡膠老化問題是因?yàn)橄鹉z材料受氧、臭氧、紫外線及外力等影響,會(huì)出現(xiàn)老化龜裂。但是地震或臺(tái)風(fēng)并不常見,但是溫度的變化常常給我們的建設(shè)者造成很大的困擾。
由于建筑結(jié)構(gòu)每一層的質(zhì)心位置存在差異,上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)心需要統(tǒng)一到一個(gè)特定點(diǎn)。在實(shí)際工程計(jì)算中,通常采用D+0.5L落到隔震層上的豎向構(gòu)件底部的軸力來計(jì)算上部結(jié)構(gòu)質(zhì)心位置。
環(huán)境因素:隔震層的潮濕、臨時(shí)泡水等情況,可能造成摩擦擺隔震支座中的非不銹鋼部分銹蝕,進(jìn)而影響滑移面的摩擦系數(shù),導(dǎo)致故障。
于是,橡膠的抗壓強(qiáng)度可以大幅度提高。與四氟板接觸的不銹鋼板表面不允許有損傷,拉毛現(xiàn)象;以免增大摩阻系數(shù)及損壞四氟板。與四氟板面接觸的不銹鋼板不允許有損傷、拉毛現(xiàn)象,以免增大摩擦系數(shù)損壞四氟板。預(yù)留孔洞的統(tǒng)一要求(如補(bǔ)強(qiáng)加固要求),各類預(yù)埋件的統(tǒng)一要求;預(yù)埋板的水平位置及調(diào)整用高度調(diào)整螺拴來調(diào)整垂直方面之水平。預(yù)埋鋼板除上平面不涂防銹漆外,其余部位全部刷防銹油漆。預(yù)埋鋼板焊有錨固筋,與結(jié)構(gòu)相連。預(yù)埋鋼板面積較大時(shí),應(yīng)保證混凝土澆筑振搗質(zhì)量,并適當(dāng)設(shè)置溢出口,待溢出口溢出混凝土?xí)r才停止振搗。預(yù)埋件:應(yīng)繪出其平面、側(cè)面或剖面,注明尺寸、鋼材和錨筋的規(guī)格、型號(hào)、性能、焊接要求。預(yù)埋件的錨固筋與鋼板牢固連接,錨固鋼筋其錨固長度宜大于20倍錨固鋼筋直徑,且不小250MM的長度。預(yù)埋件及隔震層部件的施工安裝記錄;預(yù)埋錨固筋若不符合設(shè)計(jì)要求,必須首先處理,滿足設(shè)計(jì)要求后方可安裝伸縮縫。
砌體結(jié)構(gòu)無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)應(yīng)繪出剖面、基礎(chǔ)圈梁、防潮層位置,并標(biāo)注總尺寸、分尺寸、標(biāo)高及定位尺寸。砌體結(jié)構(gòu)有圈梁時(shí)應(yīng)注明位置、編號(hào)、標(biāo)高,可用小比例繪制單線平面示意圖;砌體墻的材料種類、厚度、成墻后的墻重限制;砌體墻上門窗洞口過梁要求或注明所引用的標(biāo)準(zhǔn)圖;砌體填充墻與框架梁、柱、剪力墻的連接要求或注明所引用的標(biāo)準(zhǔn)圖;千斤頂、百分表安放與設(shè)置千斤頂數(shù)量應(yīng)與每個(gè)橋臺(tái)下的支座數(shù)量相同。

國外:日本 1981 年實(shí)施新抗震設(shè)計(jì)法,核心為 “考慮結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的兩階段設(shè)計(jì)法”,強(qiáng)制要求重要建筑(醫(yī)院、學(xué)校)采用隔震技術(shù),橡膠隔震支座普及率超 60%,為我國提供參考。
橡膠支座主要分為板式橡膠支座和盆式橡膠支座兩大類,其在工作原理和適用場景上存在顯著區(qū)別。
從經(jīng)濟(jì)效益來看,采用隔震技術(shù)可適當(dāng)降低上部結(jié)構(gòu)設(shè)防烈度,補(bǔ)償隔震基礎(chǔ)增加的費(fèi)用,總造價(jià)比常規(guī)抗震房屋節(jié)省 7%,實(shí)現(xiàn)安全與經(jīng)濟(jì)的平衡,推動(dòng)隔震技術(shù)成為工程抗震領(lǐng)域的重要革新方向。
盆式橡膠支座下方支承墊石需滿足額外要求:按支座底板地腳螺栓間距與底柱規(guī)格預(yù)留螺栓孔;墊石表面需平整,頂面標(biāo)高需預(yù)留支座底板下環(huán)氧砂漿墊層厚度;支座底板以外的墊石區(qū)域需做成坡面,防止積水。
對(duì)于處于地震帶上的公路、鐵路建筑,為減小地震災(zāi)害,現(xiàn)多選用抗震支座或減隔震支座產(chǎn)品。對(duì)于上部結(jié)構(gòu)存在向上的反力的建筑,一般選用拉壓支座。對(duì)于懸索橋、斜拉橋等存在漂浮結(jié)構(gòu)的建筑,在梁體橫向一般需要選用抗風(fēng)支座產(chǎn)品。對(duì)于沿海及跨海建筑,為保證支座使用壽命,則多選用耐蝕支座產(chǎn)品(一般為耐蝕球型支座)。對(duì)于跨鐵路、高山跨峽谷的建筑,為了不干擾鐵路運(yùn)行和減小施工難度,多選用轉(zhuǎn)體法施工,因此多選用轉(zhuǎn)體球鉸產(chǎn)品。對(duì)于在高緯度地區(qū)低溫環(huán)境,為保證鋼材應(yīng)力,多選用低溫用支座。
經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢:在實(shí)現(xiàn)同樣性能目標(biāo)的條件下,相比其他隔震裝置具有更顯著的成本優(yōu)勢。其安裝時(shí)只需用四個(gè)螺栓將支座與上、下支墩連接,操作簡單快捷,降低人工成本。并且大變形試驗(yàn)后支座無損傷,可繼續(xù)投入工程應(yīng)用,降低了檢測成本。此外,支座在大震位移下進(jìn)行多次反復(fù)加載后滯回曲線完全重合,無損傷表現(xiàn),說明支座在震后可繼續(xù)使用,無需更換,降低了后續(xù)維護(hù)成本。
作為建筑結(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵傳力構(gòu)件,橡膠支座承擔(dān)著三重核心功能:一是可靠傳遞上部結(jié)構(gòu)荷載至下部墩臺(tái);二是有效適應(yīng)由荷載、溫度變化引起的結(jié)構(gòu)變形;三是阻抗并緩解風(fēng)荷載、地震作用等動(dòng)力影響。通過將橋面與橋墩分離,橡膠支座既減少了橋面變形對(duì)橋墩的影響,也削弱了地震波向橋面的傳遞路徑,實(shí)現(xiàn)了顯著的隔震效果。
橡膠支座更換與維護(hù)施工:支座修補(bǔ)更換需制定針對(duì)性施工方案:頂升及支座施工方案需結(jié)合建筑下部結(jié)構(gòu)伸縮縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);千斤頂類型根據(jù)實(shí)際工況選擇,若建筑設(shè)計(jì)未預(yù)留千斤頂操作位置,需搭建腳手架輔助施工。

外隔震橡膠技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用實(shí)例表明,該體系在保證安全的同時(shí),也能在一定程度上平衡建筑結(jié)構(gòu)成本的增減,為相關(guān)工程設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。
板式橡膠支座由多層橡膠與鋼板復(fù)合硫化而成,具備構(gòu)造簡單、安裝便捷、成本可控等優(yōu)點(diǎn),適用于中小跨徑的結(jié)構(gòu)。該類型支座可均勻分散水平力,多用于固定與活動(dòng)支座布置,需結(jié)合具體位移及轉(zhuǎn)角驗(yàn)算確定。
在我國,云南省因地震頻發(fā)成為建筑減隔震技術(shù)推廣應(yīng)用的重點(diǎn)區(qū)域,當(dāng)?shù)貙W(xué)校、幼兒園等建筑已全面采用減隔震技術(shù),相關(guān)要求可參考云南省住建廳《關(guān)于明確隔震減震建筑工程有關(guān)問題的通知》(云建震 2017-294 號(hào)),文件對(duì)技術(shù)應(yīng)用細(xì)節(jié)作出了明確規(guī)范。減隔震技術(shù)的核心載體之一為建筑支座,其性能與運(yùn)維直接影響工程抗震效果,本文將圍繞橡膠支座的特性、施工、病害及問題處置展開闡述。
根據(jù)設(shè)計(jì)資料,E4標(biāo)京杭運(yùn)河鐵路高架橋采用7跨一連的橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)形公路建筑中盆式橡膠支座及板式橡膠支座的質(zhì)量管理現(xiàn)在我衡水同泰工程橡膠生產(chǎn)的橡膠支座,在東南大學(xué)工程結(jié)構(gòu)與材料檢測中心檢測,這種實(shí)驗(yàn)室從事橡膠支座檢測已近20年,對(duì)檢測方法做了許多探索,隨著高速公路的大規(guī)模建設(shè),檢測的業(yè)務(wù)量也逐年增加。
隔震支座體系除了比傳統(tǒng)抗震體系具有明顯降低地震反應(yīng)、確保安全外,還可降低房屋造價(jià),根據(jù)施上經(jīng)驗(yàn)。造價(jià)的節(jié)約、浪費(fèi)與建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)和抗震設(shè)防等級(jí)有著直接的關(guān)系。一般建造于抗震設(shè)防高烈度區(qū)的隔震房屋,采用框架結(jié)構(gòu),層數(shù)較多。且設(shè)計(jì)技術(shù)水平、施工技術(shù)水平跟得上,隔震層設(shè)計(jì)合理,工程造價(jià)就會(huì)低一些,經(jīng)濟(jì)效果明顯,對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)的隔震房屋,如若能按照“設(shè)計(jì)規(guī)范”的規(guī)定,增加房屋層。
盆式橡膠支座中的固定拉壓支座,用于承受上拔反力(如斜拉橋、懸挑結(jié)構(gòu)),施工核心要點(diǎn):結(jié)構(gòu)組成:支座中心穿設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋,鋼筋外側(cè)在支座高度范圍內(nèi)設(shè)置套管,形成軟墊緩沖層;預(yù)加應(yīng)力:預(yù)應(yīng)力鋼筋需按1.2 倍設(shè)計(jì)上拔力預(yù)張拉,避免因錨桿伸長導(dǎo)致支座與上下結(jié)構(gòu)脫開,確??估煽啃?。
當(dāng)?shù)卣鸹蚱渌饬ψ饔糜谏喜拷Y(jié)構(gòu)時(shí),結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生位移,摩擦擺隔振支座即通過摩擦力的作用來控制結(jié)構(gòu)的位移,從而達(dá)到減震的效果。同時(shí),其內(nèi)部的擺動(dòng)機(jī)制允許支座在水平方向上自由擺動(dòng),有助于將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)移到摩擦滑塊上,實(shí)現(xiàn)振動(dòng)能量的耗散。
常溫型支座:適用于-25℃至+60℃的環(huán)境溫度范圍。
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