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臺灣減隔震橡膠支座的工作原理與設(shè)計要點

減隔震橡膠支座的工作原理與設(shè)計要點

　　在長大橋梁減隔震裝置中，較為常用的是由橡膠板、鋼板高溫硫化粘結(jié)制成的橡膠支座，由于橡膠層與鋼板緊密粘結(jié)，薄鋼板能夠約束橡膠支座在垂直荷載下的橫向變形，因而具有較好的豎向性能。另外，由于在水平荷載下鋼板對橡膠層的約束是柔性的，橡膠支座的水平剛度較小，并且剪切剛度是隨著變形的變化而變化的，較小變形的情況下水平剛度較大，當(dāng)變形達到中等時水平剛度最小，而隨著變形的進一步增大水平剛度又會隨之增加，從而起到保護的作用。橡膠支座在橋梁中的使用，如果受到小震作用，橋梁結(jié)構(gòu)相當(dāng)于連接在一個剛性基礎(chǔ)上，而如果受到強震作用，橡膠支座能夠吸收大量能量，并提供柔性滑動。

　　減隔震橡膠支座設(shè)計通過合理安放支座為長大橋梁提供水平方向上的柔性支撐，增強橋梁結(jié)構(gòu)在水平方向的穩(wěn)定性，并利用阻尼裝置增強整個橋梁結(jié)構(gòu)的阻尼效應(yīng)。通過對設(shè)計反應(yīng)譜的分析，可以得知當(dāng)系統(tǒng)周期增長時，設(shè)計荷載相應(yīng)減少，地震作用也會隨之減少。因此，長大橋梁減隔震支座設(shè)計需要以增長系統(tǒng)固有周期后的耗能能力衡量減振隔振性能，并考慮減隔震支座應(yīng)用后是否對橋梁的橋面與下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的效應(yīng)而影響橋梁的正常使用。

1、合理的應(yīng)用粘滯阻尼器

　　長大橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在設(shè)計橋梁結(jié)構(gòu)過程中應(yīng)該充分考慮到如何有效的應(yīng)用粘滯阻尼器提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震安全性能。粘滯阻尼器具有其獨特的優(yōu)勢，首先彈塑性阻尼裝置或者摩擦阻尼裝置的屈服力或者摩擦力是常值，在橋墩發(fā)生最大變形時，屈服力或者摩擦力常值會同時達到。但是，當(dāng)阻尼器的參數(shù)為1時，會使橋墩變形最大化，阻尼力反而是最小值，當(dāng)阻尼器的參數(shù)為零時，粘滯阻尼器的阻尼力會達到最大值，橋墩的變形最小。其次，是在溫度發(fā)生改變的情況下，彈塑性阻尼裝置或者摩擦阻尼裝置一定要克服屈服力或者摩擦力才能自由變形;在粘滯阻尼器發(fā)展蠕變的情況下，產(chǎn)生的抗震力幾乎為零，因此，應(yīng)用粘滯阻尼力是不會影響橋梁結(jié)構(gòu)的使用功能。

2、合理的應(yīng)用擺式滑動摩擦支座

　　長大橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在設(shè)計橋梁結(jié)構(gòu)過程中應(yīng)該充分考慮到如何有效的應(yīng)用擺式滑動摩擦支座提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震安全性能。擺式滑動摩擦支座主要是將滑動摩擦支座和鐘擺概念有效的結(jié)合起來，從而有效的構(gòu)成一種減隔震裝置，由于擺式滑動摩擦支座的滑動面是個曲面，通過曲面滑動摩擦盡可能的消耗地震能量，為橋梁結(jié)構(gòu)自重提供必要的自復(fù)位能量，從而有效的利用鐘擺機理延長橋梁結(jié)構(gòu)的振動周期。由于地震位移大小以及球面曲率半徑會影響到擺式滑動摩擦支座的平面尺寸，因此擺式滑動摩擦支座的平面尺寸相對較大。

3、合理應(yīng)用鉛芯橡膠支座

　　設(shè)計人員在設(shè)計長大橋梁結(jié)構(gòu)過程中應(yīng)該充分考慮到如何有效的應(yīng)用鉛芯橡膠支座提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震安全性能。鉛芯橡膠隔震支座的構(gòu)成是在分層橡膠支座中加入一些鉛芯，構(gòu)成一種減隔震裝置。由于鉛芯具有良好的力學(xué)性能，能夠和分層橡膠支座有效的結(jié)合起來，所以，鉛芯非常適合作為減隔震材料。除此之外，鉛芯橡膠支座的屈服剪應(yīng)力相對偏低，但是初始剪切剛度相對偏高，彈塑性能較強，并且塑性循環(huán)具有較強的耐疲勞性能。正是因為鉛芯橡膠支座具備較好的屈服強度和剛度，能夠滿足隔震系統(tǒng)的需求，因此鉛芯橡膠支座是國內(nèi)外橋梁結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計過程中廣泛應(yīng)用的隔震裝置。例如，我國南疆線上的幾座鐵路橋就應(yīng)用了鉛芯橡膠支座，對于提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震安全性能具有至關(guān)重要的作用。