地震在自然灾害中的危害性很强,而原来,橡胶材料作为一种高分子弹性体材料,从20世纪50年代起就被视作对付地震的特种材料,能起到减轻地震破坏力度的作用。从已取得的效果来看,更有其他材料无可比拟的特点。
以橡胶为基材的防地震制品相继问世,在日本、美国等取得了进展,在中国也开展了这方面的研究、试用,积累了成果。
隔震建筑主要采用橡胶支座隔震,橡胶隔震支座能减小地震作用,消除或有效减轻结构或非结构的损坏,从而起到隔离消减地震能量的作用。
实际上是通过隔震层的水平向大变形运动消耗掉大部分地震能量,减轻上部结构所受到的惯性地震作用,有效降低地震引起的结构加速度反应、减小层间剪力及相应的剪切变形。
橡胶减隔震支座主要有几种类型:高阻尼橡胶支座、天然橡胶支座、铅芯橡胶支座,以及弹性滑动支座。它们各有特性,安装程序也有不同。
高阻尼橡胶支座采用了高阻尼橡胶,充分发挥橡胶粘弹性和阻尼特性。这类橡胶支座的等效阻尼比分为12%、15%、17%,超高阻尼橡胶支座的等效阻尼比在20%以上,不需要额外额阻尼器,简化安装程序,节省整体安装空间。由于高阻尼橡胶的粘弹性滞回曲线比较顺滑,地震时橡胶的能量吸收能力比较强,所以不但能够保护建筑物整体安全性,而且建筑物里面的设施都能受到保护。
采用天然橡胶作为支座的主体材料,阻尼系数只有2-3%,滞回曲线接近线形,具有稳定的回复能力。这类橡胶支座必须配备阻尼器以提高阻尼效果。
铅芯橡胶支座在天然橡胶支座中埋有铅芯,天然橡胶起到“弹簧”的弹性变形作用,铅芯起到“粘性”的阻尼作用。在板式橡胶支座的中部或中心周围部位竖直地压入纯度为99.9%的铅芯,它吸收耗散振动能量的功能是通过铅芯的剪切变形来实现的。由于可以通过调节铅芯的直径或截面积来选定阻尼,因而支座的设计有较大灵活性。使用金属铅的原因是因为铅在经过冷变形后,可在常温下再结晶。在荷载反复作用下,铅芯橡胶支座可以保持它的性能,具有良好的耐久性。铅棒的灌入,同时也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。这类橡胶支座阻尼系数可达到25%以上,阻尼性能良好,可单独使用。唯一缺点为一旦在地震中支座发生破坏,外漏铅芯造成环境污染。
橡胶材料弹性滑动支座是由天然橡胶支座与滑动板组成。橡胶支座底部是一层与滑动板(SUS材料)接触的PTFE材料。当发生小位移的时候,橡胶支座会有所变形,而当发生大位移时,橡胶支座会在SUS板上产生滑动。为了使弹性滑动支座能够回到原来的设计位置,必须与天然橡胶支座或是高祖尼橡胶支座搭配使用以提供完整的隔震装置系统。
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