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臺灣減隔震橡膠支座的工作原理與設計要點

減隔震橡膠支座的工作原理與設計要點

　　在長大橋梁減隔震裝置中，較為常用的是由橡膠板、鋼板高溫硫化粘結制成的橡膠支座，由于橡膠層與鋼板緊密粘結，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，橋梁結構相當于連接在一個剛性基礎上，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，增強橋梁結構在水平方向的穩定性，并利用阻尼裝置增強整個橋梁結構的阻尼效應。通過對設計反應譜的分析，可以得知當系統周期增長時，設計荷載相應減少，地震作用也會隨之減少。因此，長大橋梁減隔震支座設計需要以增長系統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用后是否對橋梁的橋面與下部結構產生不利的效應而影響橋梁的正常使用。

1、合理的應用粘滯阻尼器

　　長大橋梁結構設計人員在設計橋梁結構過程中應該充分考慮到如何有效的應用粘滯阻尼器提高橋梁結構的抗震安全性能。粘滯阻尼器具有其獨特的優勢，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，在橋墩發生最大變形時，屈服力或者摩擦力常值會同時達到。但是，當阻尼器的參數為1時，會使橋墩變形最大化，阻尼力反而是最小值，當阻尼器的參數為零時，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;在粘滯阻尼器發展蠕變的情況下，產生的抗震力幾乎為零，因此，應用粘滯阻尼力是不會影響橋梁結構的使用功能。

2、合理的應用擺式滑動摩擦支座

　　長大橋梁結構設計人員在設計橋梁結構過程中應該充分考慮到如何有效的應用擺式滑動摩擦支座提高橋梁結構的抗震安全性能。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合起來，從而有效的構成一種減隔震裝置，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，為橋梁結構自重提供必要的自復位能量，從而有效的利用鐘擺機理延長橋梁結構的振動周期。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、合理應用鉛芯橡膠支座

　　設計人員在設計長大橋梁結構過程中應該充分考慮到如何有效的應用鉛芯橡膠支座提高橋梁結構的抗震安全性能。鉛芯橡膠隔震支座的構成是在分層橡膠支座中加入一些鉛芯，構成一種減隔震裝置。由于鉛芯具有良好的力學性能，能夠和分層橡膠支座有效的結合起來，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，能夠滿足隔震系統的需求，因此鉛芯橡膠支座是國內外橋梁結構隔震設計過程中廣泛應用的隔震裝置。例如，我國南疆線上的幾座鐵路橋就應用了鉛芯橡膠支座，對于提高橋梁結構的抗震安全性能具有至關重要的作用。