大跨空間結(jié)構(gòu)三維橡膠支座隔震設(shè)計(jì)研究范文

大跨空間結(jié)構(gòu)三維橡膠支座隔震設(shè)計(jì)研究12020 年 4 月 19 日文檔僅供參考東南大學(xué) -海達(dá)股份隔震技術(shù)聯(lián)合研發(fā)中心計(jì)劃項(xiàng)目申報(bào)書(shū)項(xiàng)目領(lǐng)域：大跨空間結(jié)構(gòu)隔震項(xiàng)目名稱： 大跨空間結(jié)構(gòu)三維橡膠支座隔震設(shè)計(jì)研究項(xiàng)目申請(qǐng)人：馮若強(qiáng)聯(lián)系電話：83790910郵件地址：申請(qǐng)?jiān)合担和聊竟こ虒W(xué)院建筑工程系申報(bào)日期：.5.6東南大學(xué) -海達(dá)股份隔震技術(shù)聯(lián)合研發(fā)中心二一三年制22020 年 4 月 19 日文檔僅供參考一、項(xiàng)目立項(xiàng)的意義及必要性隨著社會(huì)整體發(fā)展，建筑科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步以及人類生活的改進(jìn)，規(guī)模宏大、形式新穎、技術(shù)先進(jìn)的大跨空間結(jié)構(gòu)在世界各國(guó)應(yīng)運(yùn)而生，結(jié)構(gòu)形式向高、輕、大這三個(gè)方向發(fā)展。空間結(jié)構(gòu)具有空間跨度大，結(jié)構(gòu)整體剛度大，結(jié)構(gòu)受力合理，耗材少、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，致使大跨空間結(jié)構(gòu)體系具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著中國(guó)國(guó)力的不斷增強(qiáng)，將需要建造更多更大的大空間建筑物。大跨度結(jié)構(gòu)往往是人群集合和配置重要設(shè)施的場(chǎng)所，如何在設(shè)計(jì)和建造階段就使它們具有足夠的抗震能力和合理的安全度一直備受關(guān)注。隔震技術(shù)由于能夠全面改進(jìn)結(jié)構(gòu)的抗震防災(zāi)性能和正常使用功能，因此受到各國(guó)科研人員的青睞，因而大跨結(jié)構(gòu)的隔震已經(jīng)成為當(dāng)今結(jié)構(gòu)隔震控制理論和應(yīng)用研究的一個(gè)重要方向。隔震結(jié)構(gòu)的本質(zhì)就是使結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)部件與可能引起的地面運(yùn)動(dòng)或支座隔離開(kāi)來(lái)，在許多的應(yīng)用中，隔震裝置是安裝在支座位置或基礎(chǔ)位置。放在基礎(chǔ)位置，稱為基礎(chǔ)隔震，放在支座部位，稱為支座隔震，如圖1所示。隔震結(jié)構(gòu)的基本目的，就是要大大減小傳到結(jié)構(gòu)上的地震作用和能量。可是，地震荷載作用下，大跨空間結(jié)構(gòu)具有較為復(fù)雜的動(dòng)力特性，其振型表現(xiàn)為水平或豎直方向的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也可能是水平和豎直方向運(yùn)動(dòng)的耦合。當(dāng)前對(duì)于大跨空間結(jié)構(gòu)研究主要集中在水平隔震方面，而對(duì)大跨空間結(jié)構(gòu)32020 年 4 月 19 日文檔僅供參考豎向隔震研究并不多。應(yīng)用最為廣泛的普通疊層橡膠支座（板式橡膠支座和盆式橡膠支座）暴露出諸多缺點(diǎn)：首先，它豎向剛度很大，對(duì)豎向地震作用幾乎沒(méi)有隔震效果；其次，它水平剛度很小，在減震的同時(shí)放大了上部結(jié)構(gòu)的水平位移，而橡膠本身回復(fù)力差，導(dǎo)致在大變形下很難回復(fù)到原位。而抗拔球形鋼支座，耗能能力不足。因此采用三維隔震支座是十分必要的。（ a）支座隔震（ a）基礎(chǔ)隔震圖 1 大跨結(jié)構(gòu)隔震方案適用于大跨空間結(jié)構(gòu)三維復(fù)合隔震的支座必須滿足以下要求：能水平與豎向隔震隔震；良好的耗能能力；震后自復(fù)位功能；耐候、耐久性強(qiáng)；具有足夠的抗拔與轉(zhuǎn)動(dòng)能力。另外，支座的高度不宜太大，否則在隔震支座處會(huì)出現(xiàn)較大的附加彎矩，不利于支座的穩(wěn)定。當(dāng)前正在研究中的三維隔震支座有形狀記憶合金 -橡膠復(fù)合支座、形狀記憶合金 -橡膠 -碟形彈簧復(fù)合支座、碟形彈簧一橡膠隔震支座、摩擦彈簧三維復(fù)合隔震支座，摩擦擺碟形彈簧支座。這些三維隔震支座各有優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，需要根據(jù)大跨空間結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)，從中選擇較為適合的隔震支座類型。形狀記憶合金 -橡膠復(fù)合支座包括形狀記憶合金和橡膠兩個(gè)部42020 年 4 月 19 日文檔僅供參考分，橡膠支座有一定的減震作用，可是由于其為高分子化合物，老化較快，剛度小，變形大，造成安全隱患，無(wú)法調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)力。大跨結(jié)構(gòu)跨度大，支座多，因此其應(yīng)用受到限制。形狀記憶合金的越彈性恢復(fù)力特性解決了上述問(wèn)題。利用形狀記憶合金的超彈性恢復(fù)力特性，在地震作用下，經(jīng)過(guò)橡膠剪切變形，形狀記憶合金絲的超彈變形，耗散大量地震能量，使上部結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)減小。由于形狀記憶合金絲的純馬氏體彈性模量為 20-30GPa，故其有極大的極限應(yīng)變剛度，從而能夠防止隔震層位移過(guò)大而導(dǎo)致支座失穩(wěn)。形狀記憶合金 -橡膠 -碟形彈簧復(fù)合支座采用疊層橡膠支座、形狀記憶合金絞線和碟形彈簧復(fù)合而成，即在 SMA一疊層橡膠支座的基礎(chǔ)上，上部串聯(lián)碟形彈簧而成。支座下部采用兩組交叉的形狀記憶合金 (SMA)絞線，繞過(guò)固定于對(duì)面鋼板上的滑輪并同定于鋼板一側(cè)的兩個(gè)邊緣，只要疊層橡膠支座的上下兩個(gè)鋼板發(fā)生水平相時(shí)位移， SMA絞線就會(huì)隨著支座的變形而產(chǎn)生形變，從而提供回復(fù)力和阻尼。支座上部的豎向隔震裝置由四片碟形彈簧兩兩對(duì)合組合串聯(lián)在一起，然后在中心設(shè)置導(dǎo)向筒，由導(dǎo)向筒來(lái)限制碟形彈簧的水平位移，使它幾乎只能發(fā)生豎向位移。在外部布置剛性外殼既能起到保護(hù)內(nèi)部碟形彈簧的作用，叉便于上部結(jié)構(gòu)的安裝與連接。經(jīng)過(guò)碟簧片數(shù)和型號(hào)的不同來(lái)變剛度，進(jìn)而調(diào)節(jié)支座豎向剛度，達(dá)到很好的璧向隔震效果。52020 年 4 月 19 日文檔僅供參考碟形彈簧一橡膠隔震支座采用疊層橡膠支座和碟形彈簧復(fù)合而成，其能夠抵抗水平地震作用，又可減輕豎向地震反應(yīng)，具有三維隔震的效果。下部隔震支座結(jié)構(gòu)在地震作用下，經(jīng)過(guò)水平變形避開(kāi)地震的卓越周期，上部的碟形彈簧是一種南鋼板沖壓成碟形的薄板彈簧，與其它類型的彈簧相比，它的軸向尺寸較小，徑向尺寸較大，呈扁平型，具有體積小、承載能力大、緩沖和減震能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，采用不同的組合方式 (疊合或?qū)?)能夠得到不同的負(fù)荷及變形特性，適合于軸向空間緊湊、橫向空間較寬而負(fù)荷較大的場(chǎng)合。將碟形彈簧應(yīng)用在結(jié)構(gòu)隔震領(lǐng)域，能夠經(jīng)過(guò)調(diào)整碟形彈簧的規(guī)格和組合方式來(lái)獲得所需的剛度，即保證能承受上部結(jié)構(gòu)的自重同時(shí)在豎向隔震方面起到良好效果。摩擦彈簧三維復(fù)合隔震支座水平隔震擬采用滑移隔震，豎向隔震采用豎向彈簧，彈簧設(shè)置導(dǎo)向裝置。普通摩擦隔震器的優(yōu)點(diǎn)是受地面運(yùn)動(dòng)頻率特性的影響很小，不會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)的滑移量隨地震強(qiáng)度的增加而增大。靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差對(duì)隔震性能影響較大，由于動(dòng)摩擦系數(shù)比靜摩擦系數(shù)小，滑動(dòng)一旦開(kāi)始，速度不斷增加，當(dāng)摩擦阻力減小較大時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)類似于負(fù)剛度現(xiàn)象，這不但會(huì)造成滑移量大，有時(shí)甚至可能出現(xiàn)滑移失穩(wěn)。因此，需匹配合適的限位復(fù)位機(jī)構(gòu)。采用普通摩擦滑移隔震器，其限位、復(fù)位與抗滑移失穩(wěn)經(jīng)過(guò)并聯(lián)輔助裝置實(shí)現(xiàn)。由予普通摩擦滑移隔震器具有動(dòng)摩擦系數(shù)比靜摩擦系數(shù)小和可能出現(xiàn)62020 年 4 月 19 日