CN112779855A - 延性抗震体系专用高性能橡胶支座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及延性抗震体系专用高性能橡胶支座，包括由多层加劲钢板和橡胶基复合材料叠层布置形成支座本体，支座本体上下层设置有支座板，上支座板和下支座板分别设置有锚固螺栓；满足在地震工况下支座剪切变形<1的要求；支座上下钢板通过锚固螺栓与梁底和墩顶连接，满足支座在地震作用下不发生滑移。本发明通过支座在梁底之间设置套筒、锚杆连接，满足支座抗滑移稳定性的要求。采用加劲钢板和橡胶基复合材料叠层布置，有效的提高支座的水平刚度，能达到常规橡胶支座的1.3～2.0倍，满足支座延性抗震设计中作为能力保护构件的剪切变形要求。通过设置不同刚度的支座来分配各墩承担的地震水平力，切实提高桥梁抗震性能，节约工程造价。

Description

延性抗震体系专用高性能橡胶支座

技术领域

本发明涉及建筑工程及桥梁结构领域，具体涉及一种延性抗震体现专用高性能橡胶支座。

背景技术

支座作为桥梁传力的重要构件，是实现桥梁抗震设防目标的关键节点之一。预制桥梁横向一般由多片梁组成，需要的支座相应也比较多，在不宜采用多个盆式或球形支座的情况下，一般均采用橡胶支座。常用的橡胶类支座有普通板式橡胶支座、水平分散力支座、高阻尼橡胶支座、铅锌橡胶支座等。国内橡胶支座规格单一，设计采用与支座实际指标性能差别大。由于普通板式支座抗滑移、剪切变形能力的不足，除非增设辅助抗剪设施来提高水平承载能力，但该装置与支座的共同工作匹配、对桥梁正常使用状态的影响、景观等方面的影响都存在一些问题，因此可以弹性体系实现的只能采用延性体系，延性体系可以实现的只能采用减隔震体系，不能更合理的选择桥梁抗震体系，不但人为提高了实现桥梁抗震设防目标的难度。

国内外普通板式橡胶支座如图1所示，由加劲钢板和橡胶层组成，主要存在以下问题：(1)水平刚度规格少的缺点：普通板式橡胶支座，剪切模量1.0、1.2，虽然国内规格(厚度)有三种，但刚度差别不大；(2)支座与主梁，支座与桥墩之间无锚固螺栓，抗滑移能力不足。

采用橡胶类支座的桥梁结构主要有三种抗震体系：(1)弹性抗震体系；(2)延性抗震体系；(3)减隔震体系。

弹性抗震体系适用于抗震要求不高或无的地区，如0.05g及0.10g，0.15g场地条件较好地区。延性抗震体系在桥墩形成塑性铰耗散地震能量，支座为能力保护构件，适用于0.1～0.2g地区。减隔震体系通过减隔震装置(支座)消耗地震能量，适用于0.15g，0.2g场地条件较差地区及0.2g以上地区。

常规的公路桥梁板式橡胶支座的构成相对于其他支座构造比较简单，它是由薄钢板与橡胶片置于胎具中经过硫化、粘合而成，因为板式支座具有足够的竖向刚度。适用于6度、7度区(0.1g)的板梁及场地类型较好的小箱梁结构。

现有技术中常规板式橡胶支座主要存在以下问题：

(1)剪切变形不满足要求

常规普通板式橡胶支座剪切模量G＝1.0Mpa，规范要求：E1地震弹性设计，tanr≤1.0；E2地震延性设计，支座为能力保护构件，tanr≤1.0。在地震作用下，常规普通板式橡胶支座剪切变形大部分都已经超过了100％，甚至达到200％以上。

(2)抗滑移稳定性差

仅靠摩擦力抵抗地震水平力作用，支座未与主梁和桥墩进行有效连接，在较大水平地震力作用下发生滑移。

目前国内外对延性设计专用的橡胶类支座研究基本空白。

发明内容

本发明创造为解决现有技术中的问题，研制了一种延性设计专用高性能板式橡胶支座，通过提高支座的剪切刚度满足规范要求的支座剪应变。

通过理论计算由图2“30m小箱梁支座剪切应变与墩高关系图”可知，墩柱越高，剪切应变满足规范限值需要的刚度越小；由图3“30m小箱梁支座剪切应变与支座刚度关系图”可知，随着支座刚度的增加，支座剪切应变减小。

本发明创造提供的一种延性抗震体现专用高性能橡胶支座，在常规的叠层橡胶支座的基础上做了较大的改进和创新，本发明的技术方案如下：

一种延性抗震体现专用高性能橡胶支座；具体包括由多层加劲钢板和橡胶基复合材料叠层布置形成支座本体，支座本体上下层设置有支座板，上支座板和下支座板分别设置有锚固螺栓；由加劲钢板和橡胶基复合材料叠层布置形成的支座本体水平刚度能达到常规橡胶支座的1.3～2.0倍，满足在地震工况下支座剪切变形<1的要求；支座上下钢板通过锚固螺栓与梁底和墩顶连接，满足支座在地震作用下不发生滑移。

所述的延性抗震体现专用高性能橡胶支座；由加劲钢板和橡胶基复合材料叠层布置形成支座本体；

所述的橡胶基复合材料层与加劲钢板采用粘合剂粘接；

所述的支座本体上下层设置有支座板；支座本体与上下层支座板采用粘合剂粘接，上支座板与桥梁梁底采用上套筒螺栓连接；下支座板与桥墩采用下套筒螺栓连接。

所述的橡胶基复合材料组成和质量份数含量如下：

本发明的橡胶基复合材料采用常规橡胶硫化工艺方法制备。

本发明提供的延性抗震体现专用高性能橡胶支座具有以下特征：(1)通过支座在梁底之间设置套筒、锚杆连接，满足支座抗滑移稳定性的要求。(2)采用加劲钢板和橡胶基复合材料叠层布置，可以有效的提高支座的水平刚度，能达到常规橡胶支座的1.3～2.0倍，满足支座延性抗震设计中作为能力保护构件的剪切变形要求。(3)根据实际工程情况，可以通过设置不同刚度的该支座来分配各墩承担的地震水平力，解决普通板式橡胶支座规格单一的问题，切实提高桥梁抗震性能，节约工程造价。

附图说明

图1:普通板式橡胶支座结构示意图；其中：(a)常规板式橡胶支座立面图，(b)常规板式橡胶支座平面图；

图2 30m小箱梁支座剪切应变与墩高关系图(8度，0.2g)；

图3 30m小箱梁支座剪切应变与支座刚度关系图(8度，0.2g)；

图4支座结构示意图；

图5硫化放料操作图。

具体实施方式

本下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明绝不仅限于这些实施例。实施例中所述的性能测试结果，均指采用相应的国家标准规定的方法测得的数值。

实施例1表1-1原料配方

实施例2表1-2原料配方

原材料	基本配方(份)
		天然橡胶	70
丁苯橡胶	15
		氧化锌	6
硬脂酸	1
		防老剂4020	1.5
防老剂RD	1
		炭黑	30
白炭黑(透明)	6
		偶联剂	2
树脂RX-80	6
		纤维	17.5
硫磺	1.5
		促进剂DM	1.5
硫化剂DTDM	2.0
		粘合剂RH	2.0
粘合剂RE	3.0
		增容剂，齐聚酯-I	5.0
	171

实施例3表1-3原料配方

实施例1、2、3制备的橡胶基复合材料条件和性能见表2。

表2

实施例4制作支座

支座规格型号为

实施例4的支座本体由5层加劲钢板和4层橡胶基复合材料通过粘合剂RE粘接，橡胶基复合材料按实施例1配方制备；支座本体上下层设置有支座板，上支座板和下支座板分别设置有锚固螺栓。

(1)材料规格：

钢板规格：

5块；钢板重量：442克/块；钢板总重量：2210克。钢板表面喷砂为银白色；先均匀涂开姆洛克205，再均匀涂开姆洛克220，干燥状态。

橡胶基复合材料规格：(4)

4块；(1)

(上下料)2块，80克/块；(5)3.5×630×35四面包料1块，90克/块。

粘合剂RE规格：(3)

8块，32克/块。

(2)制作工艺：

①按实施例1、2、3材料配方在密炼机中掺合共混制成橡胶基复合材料。

②打开模具，先放(5)3.5×630×35橡胶基复合材料四面包料，再按照左边硫化放料操作图(见图5)，先放置一层下料，再依次放一层加劲钢板(2)和一层橡胶基复合材料(4)，共放置5层钢板和4层橡胶基复合材料，最后放置一层上料，总厚度达到35mm，加劲钢板和橡胶基复合材料间放置黏结剂RE。

②合模盖，模具自动进压机。

③硫化，硫化时间：55分钟；温度：150℃±5℃；压力：20Mpa±1Mpa。

⑤硫化完毕，脱取产品。

⑥支座本体与上下支座板用黏结剂RH粘接。

性能测试

检测依据：《公路桥梁板式橡胶支座》(JT/T 4-2019)，《橡胶支座第2部分：桥梁隔震橡胶支座》(GB 20688.2-2006)，《公路桥梁铅芯隔震橡胶支座》。

以实施例4制成的3个支座试样，按上述检测依据进行力学性能检测，检测结果如下表所示。

表3 力学性能检测结果表

检测结论：对实施例4的支座样品进行力学性能检测，所检项目的检测结果均符合规定的技术要求，水平等效刚度为同规格的普通板式橡胶支座的1.46倍。

本发明通过采用加劲钢板和橡胶基复合材料叠层布置，有效地提高支座的水平刚度，能达到常规橡胶支座的1.3～2.0倍，满足支座延性抗震设计中作为能力保护构件的剪切变形tanr≤1.0要求。支座上下钢板通过锚固螺栓与梁底和墩顶连接，满足支座在地震作用下不发生滑移。

Claims (4)

1.一种延性抗震体系专用高性能橡胶支座；其特征是，包括由多层加劲钢板和橡胶基复合材料叠层布置形成支座本体，支座本体上下层设置有支座板，上支座板和下支座板分别设置有锚固螺栓；支座上下钢板通过锚固螺栓与梁底和墩顶连接。

2.如权利要求1所述的支座，其特征是，橡胶基复合材料层与加劲钢板采用粘合剂粘接。

3.如权利要求1所述的支座，其特征是，支座本体上下层设置有支座板；支座本体与上下层支座板采用粘合剂粘接，上支座板与桥梁梁底采用上套筒螺栓连接；下支座板与桥墩采用下套筒螺栓连接。

4.如权利要求1所述的支座，其特征是，橡胶基复合材料组成和质量份数含量如下：

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