桥梁结构中减隔震橡胶支座的应用分析,高分子材料论文

桥梁结构中减隔震橡胶支座的应用分析,高分子材料论文内容摘要：对桥梁构造中减隔震橡胶支座的工作原理与应用标准进行了阐述，分析了减隔震橡胶支座的4种基本类型及选择时应考虑的因素，对减隔震橡胶支座的研究与开发方向进行了瞻望。本文关键词语：减隔震橡胶支座,隔震技术,桥梁构造桥梁是重要的国家交通构造，桥梁构造设计最重要的便是它本身的稳定性和安全性。抗震减震的橡胶支座能减小类似于地震作用等带来的影响，消除或有效减轻构造性或非构造性的损坏，进而到达削弱消除地震能量的作用[1]。本文通过对文献的整理归纳和分析，总结了减隔震橡胶支座的分类、工作原理与应用表现，梳理了影响减隔震橡胶支座选择的因素，并对减隔震橡胶支座研究和开发进行了瞻望。1减隔震橡胶支座的工作原理与应用1.1工作原理减隔震橡胶支座主要是通过隔震层的水平方向上大变形的运动消耗掉大部分地震能量，进而减轻上部构造所遭到的地震所带来的惯性作用，进而有效地降低地震所引起的上部构造加速度反响，减小层与层间剪力及相应的剪切变形。1.2一般应用标准减隔震橡胶支座一般应用的标准是:1)桥梁构造要有刚性墩，且刚性墩的自振周期较短;2)桥梁工程场地周围要有较明确的地面运动特性，且有较高的振动频率，由于减隔震支座有较好的抵抗高频率振动的能力;3)当桥梁的下部构造具有不均匀刚度时，应采用减隔震橡胶支座来调节构造各部分的刚度，进而避免构造发生毁坏[1]。1.3详细应用减隔震橡胶支座的详细应用主要表如今:1)在构造设计当中多采用柔性支撑构造，延长构造自振周期，进而较好的减弱地震作用;2)采用橡胶支座能够延长构造自振周期，减小构造上部的加速度，但是相应地，橡胶薄层地的水平位移会相应的增加;3)通过增加橡胶支座的阻尼值和柔度值来抑制构造的水平位移，改善构造的荷载分布情况，减小抗震缝的长度，继而能够提高构造本身的抗震性[1]。2减隔震橡胶支座的基本类型减隔震橡胶支座主要有天然橡胶支座、高阻尼橡胶支座、铅芯橡胶支座、叠层橡胶支座等4种基本类型。2.1天然橡胶支座在针对直径为220mm的天然橡胶隔震支座开展了长达60d的海水干湿循环试验中，表示清楚了天然橡胶支座具有良好的水平刚度[2]。在我们国家北方的沿海地区修建跨海大桥时，天然橡胶支座的老化现象便尤为明显，夏季时海水、海风的氯离子侵蚀，水的碳化作用，冬季时海水的冻融循环作用，以及其他因素比方温度、湿度、太阳照射等，都会加速天然橡胶支座的老化，降低使用寿命。因此，支座材料和本身构造的改良便显得尤为重要。2.2高阻尼橡胶支座高阻尼橡胶支座具有承载能力、恢复力和吸收能量三位一体的功能。相比铅芯橡胶支座来讲，它具有滞回特性较饱满、维修养护成本相对较低、温度稳定性较好、地震后几乎没有残存余留变形以及适用于多样化地域环境等优点[3]。高阻尼橡胶支座的原理主要是通过本身的橡胶层具有的滞回特性进行耗能，进而增加整体构造的自振周期，进而减小地震力所产生的振动作用，并且在地震作用结束后，能够依靠橡胶本身的弹性力自动复位。2.3铅芯橡胶支座铅芯橡胶支座的作用是能够有效减少桥墩的位移，进而降低桥墩的位移延性系数，进而降低了桥墩的加速度、剪力值和弯矩值，使桥梁构造在整个地震经过中更容易处于弹性状态而不发生构造性或者非构造性的毁坏[4]。但有实验表示清楚:铅芯橡胶支座的橡胶在低温环境下会发生硬化反响，在低周疲惫作用下支座橡胶会发生疲惫剪切毁坏并且会使橡胶支座的阻尼性能大幅下降，所以一旦橡胶支座发生毁坏，支座中的金属铅芯会对环境造成无法估计的污染[3]。为了提高铅芯橡胶支座的隔震效果，铅芯能够采用形状记忆合金拉索的方形铅芯[5]。2.4叠层橡胶支座叠层橡胶支座是用薄橡胶片和加强钢板相互交织放置然后通过硫化黏结而成。加强钢板能够在薄橡胶片水平横向受压时提供约束，而薄橡胶片有良好的抗压性能，能良好的承受竖向荷载。因此具有低水平刚度，高竖向刚度的特性，进而能够延缓桥梁构造的自振周期，避过地震的卓越周期，减小对桥梁构造的或者非构造性的损伤[6]。直接采用天然橡胶支座的桥梁构造比拟少，由于天然橡胶伴随着老化问题，以及缺点较明显，更多的是用在研究方面;高阻尼橡胶支座一般用在低温环境下，且大地震频发地带;铅芯橡胶支座通常用在环境相对适宜条件下，比方山区的高架公路、多跨连续梁桥等;叠层橡胶支座由于其突出的隔震效果，多用于地下构造，比方地铁、隧道等，通过有限元数值模拟的方式方法分析得出:在实际工程中，假如将叠层橡胶隔震支座布置于地下构造中柱柱顶，构造中柱和侧墙变形平均减幅为21%，中柱的应力平均减幅为23%，而构造的应力平均减幅为22%，则充分证明在地下构造中应用叠层橡胶支座是正确可行的[6]。3选择减隔震橡胶支座时应考虑的因素3.1不同的边界约束对于橡胶支座的影响常见的边界约束有顶面底面锚固、底面锚固、无锚固3种。华而不实，随着剪切作用的增加，橡胶支座因受压面积减小而导致所受的压力峰值不断增加，不同边界约束下，橡胶支座的压力峰值增加幅度也相差明显，采用顶面底面锚固的支座增加幅值最大，无锚固支座增加的幅值最小。对橡胶支座增加约束，固然支座稳定性上去了，但也同时增加了构造内部的响应值，使得橡胶层与钢板之间更容易发生剥离，不利于构造抗震，所以采用底面锚固是比拟适宜的[7]。3.2剪切作用、应变相关性和温度对支座刚度、阻尼比的影响研究分析表示清楚，整体上来讲，剪应变减小了两者的等效刚度和等效阻尼比，但对于高阻尼橡胶支座的影响要弱于铅芯橡胶支座;温度对于铅芯橡胶支座的阻尼比影响更小，而在大变形状态下，高阻尼橡胶支座的刚度强化幅度大于铅芯橡胶支座，所以高阻尼橡胶支座在强烈地震作用下安全系数更高层次[8]。3.3减隔震橡胶支座的耐久性环境因素(如氧化、臭氧断裂、化学腐蚀等)、徐变与应力松弛、疲惫毁坏等都会影响减隔震橡胶支座的耐久性。在桥梁施工当中，能够通过涂抹适当的抗劣化、耐燃烧、具有保卫橡胶层功能，或者在橡胶材料配方中参加适当的耐氧化剂等措施来提高减隔震橡胶支座的耐久性[9]。3.4减隔震橡胶支座的成本作为一个工程项目，成本必然会直接影响项目的经济性评价。桥梁工程施工中，施工方应在保证安全性和稳定性的前提下，提高管理理念和成本把控意识，进而有效地把控橡胶支座材料成本、机械设施成本以及人力成本等[10]。3.5施工环境的影响在施工经过中可能碰到的问题有:桥梁工程施工场地的地基础比拟软、地基持力层较薄、地下水位影响、土质影响(能否靠海、能否含有较多的强碱强酸、能否发生冻胀融陷等)、当地气候条件、风荷载等横向荷载诱发共振问题、桥梁构造固有的构造周期较长等，都要在减隔震橡胶支座的选型中予以充分考虑[1]。瞻望随着构造抗震技术不断遭到人们重视，为了实现更好的抗震效果，开场采用半部分主动控制支座、主动控制以及混合控制等方式方法来减隔震，例如滑/滚动支座，橡胶支座与滑/滚动支座的组合支座，摩擦摆隔震支座等[11]。其次，开发愈加低成本、低消耗、低要求，更合适桥梁构造特点的减隔震橡胶支座是将来发展趋势。另外，成本的把控也是限制减隔震方式方法发展的重要因素。以下为参考文献[1]李晓光．桥梁构造设计中减隔震技术应用研究[J]．