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北海板式橡膠支座及四氟滑板支座特性

近幾十年來，為了提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，國(guó)內(nèi)外大量研究人員提出了許多新的抗震技術(shù)，主要包括減、隔震技術(shù)、被動(dòng)控制技術(shù)、主動(dòng)控制技術(shù)及混合控制技術(shù)等。減、隔震技術(shù)是指通過采用減隔震裝置來盡可能地將結(jié)構(gòu)或部件與可能引起破壞的地震地面運(yùn)動(dòng)或支座運(yùn)動(dòng)分離開來，大大減少傳遞到上部結(jié)構(gòu)的地震力和能量。在滿足正常使用要求的情況下，這種分離或解耦是通過增加系統(tǒng)的柔性和提供適當(dāng)?shù)淖枘醽韺?shí)現(xiàn)。從性質(zhì)上說，減、隔震方法也是結(jié)構(gòu)控制方法中的一種，屬于被動(dòng)控制技術(shù)。通過這些新技術(shù)，尤其是減、隔震技術(shù)在實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，一方面提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能，另一方面，通常可以降低整個(gè)工程的造價(jià)。在一些特殊情況下，入跨越強(qiáng)震區(qū)域，采用這些新技術(shù)有時(shí)是解決實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)抗震問題的唯一有效途徑。

而本文的研究對(duì)象是成都二環(huán)路高架橋工程中使用的兩種減隔震支座——板式橡膠支座(含四氟滑板支座)和GPZ盆式橡膠支座，研究?jī)煞N支座的特性和減隔震支座的不足。

 板式橡膠支座及四氟滑板支座特性

板式橡膠支座的主要功能就是將橋梁上部結(jié)構(gòu)的反力可靠地傳遞給墩臺(tái)，并同時(shí)能適應(yīng)橋梁上部結(jié)構(gòu)的變形(位移和轉(zhuǎn)角)。根據(jù)這些性能要求，不論是公路橋梁板式橡膠支座還是圓形球冠板式橡膠支座在垂直方向應(yīng)具有足夠的剛度，從而保證在最大豎向荷載作用下橋梁支座產(chǎn)生較小的壓縮變形，一般要求支座的最大壓縮變形不得超過橡膠厚度的15%。橡膠支座在水平方向則應(yīng)具有一定柔性，以適應(yīng)車輛制動(dòng)力、溫度、混凝土收縮變化及活載作用下梁體的水平位移。同時(shí)，橡膠支座的厚度要能適應(yīng)梁體轉(zhuǎn)角的需要。

公路橋梁板式橡膠支座可分為非加勁支座和加勁支座兩種。非加勁支座只有一層橡膠構(gòu)成，在水平力的使用下能使橡膠支座能滿足水平位移的需要，但在豎向荷載作用下,支座的垂直壓縮變形過大，橡膠向側(cè)向膨脹，在四周產(chǎn)生較大的凸突，此處橡膠有較大的拉伸變形，而產(chǎn)生應(yīng)力老化。這類支座在荷載較大的橋梁上很少采用。

板式支座的設(shè)計(jì)理念就是為了既可承受較大的垂直荷載，又能滿足支座水平位移量的要求，通常可用若千層橡膠片(厚度分別為5、8、11、15mm等)和薄鋼板(厚度分別為2、3、5mm等)為剛性加勁物組合而成(加勁物也可用帆布、鋼絲網(wǎng)或鋼筋)(見圖1)。將各層橡膠與鋼板之間經(jīng)涂膠粘劑加壓硫化牢固地粘結(jié)成為一體。使板式支座在豎直荷載作用下，嵌入橡膠片之間的鋼板將約束橡膠的側(cè)向膨脹，從而使垂直變形相應(yīng)減少，可大大提高支座的豎向剛度。此時(shí)橡膠支座的豎向變形。

而四氟滑板式支座則是在板式橡膠支座的表面粘復(fù)一層1.5mm-3mm厚的聚四氟乙烯板。四氟滑板式支座除具有板式橡膠支座的所有功能外，由于采用了聚四氟乙烯滑板使梁底不銹鋼板之間的摩擦系數(shù)變得很低，可以使橋梁上部構(gòu)造的水平位移，不受橋梁支座本身剪切變形量的限制，能滿足一些橋梁的大位移量需要。

板式橡膠支座的支座力學(xué)性能要求見下表1。

表1板式橡膠支座的支座力學(xué)性能

板式橡膠支座抗壓彈性模量E和支座形狀系數(shù)S應(yīng)按下列公式計(jì)算：

E=5.4G·S2(1)

矩形支座S=l0a·l0b/2t1(l0a+l0b)(2)

圓形支座S=d0/4t1(3)

式中：E——支座抗壓彈性模量，MPa;

G——支座抗剪彈性模量，MPa;

S——支座形狀系數(shù);

l0a——矩形支座加勁鋼板短邊尺寸，㎜;

l0b——矩形支座加勁鋼板長(zhǎng)邊尺寸，㎜;

d0——支座中間單層橡膠片厚度，㎜;

4t1——圓形支座加勁鋼板直徑，㎜。