铅销橡胶支座的力学性能及其在桥梁隔震中的应用.pdf.pdf

《江苏交通科技》2007年第6期铅销橡胶支座的力学性能及其在桥梁隔震中的应用孙晓军梁彬(江苏恒基路桥有限公司常州21300)(长安大学公路学院西安710064) 摘要阐述了铅销橡胶支座的构造特点、力学性质、计算模型及运动方程,并利用算例分析了桥梁采用减、隔震支座抗震的减震效果。关键词铅销橡胶支座抗震设计连续梁桥传统的结构抗震设计方法是通过采取各种措施提高结构强度抵抗地震作用,反映了“以刚克刚”的设计理念。目前,抗震设计方法正在从强度理论向延性理论过渡,大多数多地震国家的桥梁设计规范已采纳延性抗震理论。采用延性方法设计,一般可以保证结构的安全,防止其倒塌,但会造成结构构件的损伤。在有些情况下,要靠结构自身抵抗地震作用非常困难,则必须进行减隔震设计,反映了“以柔克刚”的设计理念。近年来,各国学者研究开发出多种隔震装置, 其中铅芯橡胶支座以其良好的隔震性和低能耗以及它既能支承上部主体结构重量又能提供弹性恢复力的优点,被认为是进行桥梁隔震较理想的装置,已得到了美国、日本、新西兰和意大利等国家的高度重视和广泛的应用。一些隔震桥梁已经在数次地震中表现出良好的抗震性能,进一步显示了桥梁隔震技术的优越性和广阔的发展前景。在我国桥梁工程中广泛采用的橡胶支座有板式橡胶支座、盆式橡胶支座和聚四***乙烯滑板组合支座,其隔震效果较差, 铅芯橡胶支座应用尚少。我国是一个多地震国家, 为了使这种新型减隔震支座能在我国地震区桥梁工程中广泛应用,有必要对使用铅销橡胶支座的减隔震桥梁的地震响应特性进行系统研究。 1减震设计的基本概念桥梁主要是通过以下两种方式来减小结构的地震反应:(1)可通过延长结构的基本周期,避开地震能量集中的范围,从而降低结构的地震力(见图1)。(2)增加结构的阻尼以减小由于地震引起的结构反(收稿日期、编号:2007一lO一22/3o61) 8· 应(见图2)。图1加速度反应谱周期剧期图2位移反应谱 2铅销橡胶支座的构造及工作原理 。它由用来支撑荷载的层状橡胶、钢板以及用于吸收耗能的铅销组合而成。其构造见图3。铅销橡胶支座中的铅销可以是一根或几根,这样可以通过调节铅销的直径和数量来决定其吸收和耗能的功能,从而使支座设计具有较大的灵活性。江苏交通信息 http:/—《江苏交通科技》2007年第6期图3铅销橡胶支座 ,在支座中心放入铅棒,提供给支座阻尼。其工作原理是金属铅在环境温度下处于“热工作”状态,与地震力冲击时会迅速随支座产生剪切变形,塑性变形后, 铅棒能逐渐复原,不断地恢复其原有的力学性能。所以由于地震力使板式橡胶支座发生剪切变形时迫使铅棒产生塑性变形,改变了支座的滞回曲线,而使支座具有良好的阻尼效果。在荷载反复作用下,铅芯橡胶支座可以保持良好的抗疲劳性能,具有良好的耐久性。同时铅芯的存在又增加了支座的早期刚度,对控制风反应和抵抗地基的微震动有利。铅芯橡胶支座的吸能效果主要是利用铅芯弹塑性变形来实现。由于铅棒的屈服强度较低(约为10MPa),并在弹塑性变形条件下具有较好的疲劳性,被认为是一种较理想的阻尼器。普通橡胶支座和铅销橡胶支座在交变荷载作用下的滞回曲线见图4,由图可以看出,普通橡胶支座的滞回曲线所包围的面积远远小于铅销橡