地震在自然災(zāi)害中的危害性很強(qiáng),而原來,橡膠材料作為一種高分子彈性體材料,從20世紀(jì)50年代起就被視作對(duì)付地震的特種材料,能起到減輕地震破壞力度的作用。從已取得的效果來看,更有其他材料無可比擬的特點(diǎn)。
以橡膠為基材的防地震制品相繼問世,在日本、美國等取得了進(jìn)展,在中國也開展了這方面的研究、試用,積累了成果。
隔震建筑主要采用橡膠支座隔震,橡膠隔震支座能減小地震作用,消除或有效減輕結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)的損壞,從而起到隔離消減地震能量的作用。
實(shí)際上是通過隔震層的水平向大變形運(yùn)動(dòng)消耗掉大部分地震能量,減輕上部結(jié)構(gòu)所受到的慣性地震作用,有效降低地震引起的結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)、減小層間剪力及相應(yīng)的剪切變形。
橡膠減隔震支座主要有幾種類型:高阻尼橡膠支座、天然橡膠支座、鉛芯橡膠支座,以及彈性滑動(dòng)支座。它們各有特性,安裝程序也有不同。
高阻尼橡膠支座采用了高阻尼橡膠,充分發(fā)揮橡膠粘彈性和阻尼特性。這類橡膠支座的等效阻尼比分為12%、15%、17%,超高阻尼橡膠支座的等效阻尼比在20%以上,不需要額外額阻尼器,簡(jiǎn)化安裝程序,節(jié)省整體安裝空間。由于高阻尼橡膠的粘彈性滯回曲線比較順滑,地震時(shí)橡膠的能量吸收能力比較強(qiáng),所以不但能夠保護(hù)建筑物整體安全性,而且建筑物里面的設(shè)施都能受到保護(hù)。
采用天然橡膠作為支座的主體材料,阻尼系數(shù)只有2-3%,滯回曲線接近線形,具有穩(wěn)定的回復(fù)能力。這類橡膠支座必須配備阻尼器以提高阻尼效果。
鉛芯橡膠支座在天然橡膠支座中埋有鉛芯,天然橡膠起到“彈簧”的彈性變形作用,鉛芯起到“粘性”的阻尼作用。在板式橡膠支座的中部或中心周圍部位豎直地壓入純度為99.9%的鉛芯,它吸收耗散振動(dòng)能量的功能是通過鉛芯的剪切變形來實(shí)現(xiàn)的。由于可以通過調(diào)節(jié)鉛芯的直徑或截面積來選定阻尼,因而支座的設(shè)計(jì)有較大靈活性。使用金屬鉛的原因是因?yàn)殂U在經(jīng)過冷變形后,可在常溫下再結(jié)晶。在荷載反復(fù)作用下,鉛芯橡膠支座可以保持它的性能,具有良好的耐久性。鉛棒的灌入,同時(shí)也增加了支座的早期剛度,對(duì)控制風(fēng)反應(yīng)和抵抗地基的微震動(dòng)有利。這類橡膠支座阻尼系數(shù)可達(dá)到25%以上,阻尼性能良好,可單獨(dú)使用。唯一缺點(diǎn)為一旦在地震中支座發(fā)生破壞,外漏鉛芯造成環(huán)境污染。
橡膠材料彈性滑動(dòng)支座是由天然橡膠支座與滑動(dòng)板組成。橡膠支座底部是一層與滑動(dòng)板(SUS材料)接觸的PTFE材料。當(dāng)發(fā)生小位移的時(shí)候,橡膠支座會(huì)有所變形,而當(dāng)發(fā)生大位移時(shí),橡膠支座會(huì)在SUS板上產(chǎn)生滑動(dòng)。為了使彈性滑動(dòng)支座能夠回到原來的設(shè)計(jì)位置,必須與天然橡膠支座或是高祖尼橡膠支座搭配使用以提供完整的隔震裝置系統(tǒng)。
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