柔性连体结构高位减、隔震支座浅析

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1、DOI：10．3969／j．issn．1672-4011．2013．04．021柔性连体结构高位减、隔震支座浅析张耀元1，杨磊2，王惠3(1．西安建筑科技大学，陕西西安710055；2．中国建筑西北设计研究院，陕西西安710016；3．甘肃省电力公司平凉供电公司，甘肃平凉744000)摘要：本文阐述了柔性连体结构连接支座工作原理，对目前市场上可用于柔性连体结构的几种常见连接支座进行了调研总结，分析了各种支座的工作机理和特点，为柔性连体结构设计时连接支座初选提供依据。通过对比铅芯橡胶支座、摩擦摆式支座、SMA-滚动支

2、座以及组合支座可知，其工作原理简单、竖向承栽能力大、耗能能力强、可自复位、寿命较长，是适合于连接体位置较高且连接体自身刚度较弱的柔性连体结构的几种性能优越的连接支座。关键词：柔性连体结构；高位减震；高住隔震；橡胶支座；摩擦摆式支座；组合支座中圈分类号：TU973+．212文献标志码：B文章编号：1672—4011(2013)04—0049—030前言减、隔震支座最早被应用于桥梁结构中，在建筑结构中的应用是随着建筑减、隔震结构的发展而逐渐发展起来的。隔震结构按照隔震层的位置可分为基础隔震、层间隔震、高位隔震等。连体结

3、构按照连接体与塔楼连接方式的强弱可以分为强连体结构和柔性连体结构。柔性连体结构是指当连廊自身刚度较弱、不能协调塔楼整体变形及受力时，通过设置弹性连接支座而释放连接体两端的约束的连体结构。通过设置合理的连接支座，不但可减小连接体的地震响应，使得连接体的受力从复杂的扭转摆动变为平动，而且可使主体塔楼受力合理，其工作原理见图1所示。圈1双塔柔性连体结构简图1连接支座工作原理连接支座首先应能可靠的传递连接体的支撑反力，包括恒载、活载、地震作用和风荷载引起的竖向力和水平力；其次，应能保证结构在荷载、温度变化、混凝土收缩和徐变

4、、地震作用下的变形。根据以上要求，支座应具有足够的竖向刚度，以满足竖向承载，在最大竖向力作用下，支座变形较小；水平方向具有一定的变形能力，以提供连接体由于温度变化、地震作用等荷载引起的水平位移。连接作者简介：张耀元(1988一)，女，甘肃平凉人，硕士研究生，主要研究方向：高屡建筑结构抗震及战震。支座设计时，要根据连体建筑初设时的目标变形量和性能目标，来确定支座的尺寸、刚度和变形能力。2柔性连接支座类型柔性连体结构连接支座按照支座材料和工作机理可以分为叠层橡胶类支座、滑板摩擦类支座、滚动类支座及组合支座。2．1橡胶类

5、支座橡胶类支座按照橡胶材料可以分为天然橡胶系列、高阻尼橡胶系列及硅橡胶系列。按照支座形状可以分为叠层钢板橡胶支座、铅芯叠层橡胶支座及盆式橡胶支座uo等，常用的橡胶支座有以下几种。(1)叠层钢板橡胶支座。叠层钢板橡胶支座是由薄橡胶片和支座内部的夹层薄钢板相互交错叠置，经过加压硫化而成，中心为空心孔，保证支座制作过程中受热均匀。厚的橡胶片受压时的压缩变形较大，橡胶会向水平方向膨胀，因此承载能力低，每一层橡胶片越薄，水平方向的膨胀越小，因此压缩变形就越小。水平力作用下，叠层钢板橡胶支座在剪切变形时，钢板不约束橡胶的剪切变

6、形，支座水平刚度取决于橡胶本身的硬度及橡胶片的净厚。在竖向荷载作用下，橡胶片与钢板都沿径向变形，钢板变形比橡胶片变形小，钢板限制橡胶沿竖向的侧向变形，支座垂直变形减小，大大提高了支座的竖向刚度。支座利用橡胶的不均匀弹性压缩实现支座的转动，利用其剪切变形实现支座水平位移。为了防止内置的加劲钢板的锈蚀以及橡胶片的老化，支座上下表面和四周均有橡胶保护，支座受力简图及剖面图见图2。A翻{连接钢板橡胶层中间层钢板保护橡胶封板冉十—————j)_————斗图2叠层钢板橡胶支座布置、构造及受力简图!!i塞叁鱼壑呈垒笪』篓丝丝丝垒

7、墨!堑』曼叁叠层钢板橡胶支座构造简单，便于工厂化定型生产；用钢量少，造价经济；安装方便，易于更换且无需日常维护；支座摩阻小，且能分布水平力，使支撑墩台或牛腿受力缓和均匀，但支座变形不能自复位，适用于连接体位置较低的连体结构。北京上地工贸楼连接体使用此种连接支座，刘晶波B1等通过研究发现，弹性连接支座显著降低了结构最大层间位移、牛腿内力，主体和连接体层间位移接近一致，结构整体性增强。(2)铅芯橡胶叠层支座。铅芯橡胶叠层支座是在叠层钢板橡胶支座的中心孔内压入铅芯，利用铅芯屈服后的塑性变形，将建筑物的固有自振频率和地面的

8、振动频率相隔离，并利用其滞回效应来消散地震输入能量，支座构造示意图见图3。铅芯直径一般为橡胶支座外径的I／5～1／7左右，压人铅芯后，支座竖向刚度和屈曲荷载增大。铅芯橡胶叠层支座的吸收能量能力强，滞回环饱满。圈3铅芯橡胶支座构造示意图(3)盆式橡胶支座。盆式橡胶支座比叠层钢板橡胶支座构造复杂，是一种由钢构件和橡胶组合而成的新型支座，可以分为活动盆式橡胶支座和