抗震橡膠

橡膠作為高分子彈性體材料能減輕地震破壞的力度。從上世紀(jì)50年代開(kāi)始就被用于抗地震領(lǐng)域。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果證明，其抗震效果卓越，應(yīng)用面也在不斷擴(kuò)大，已經(jīng)發(fā)展成為一類成熟的產(chǎn)品。這類抗震制品建立在“基礎(chǔ)隔振”的原理之上，故被稱為“減振橡膠隔震支座”。通常，支座被安置或固定于建筑物與地基之間，其結(jié)構(gòu)由多層膠片與鋼板交替疊合而成，其中，鋼板取材于45號(hào)鋼，起到加筋、增強(qiáng)和承載的作用。每層鋼板厚≥2 mm，層數(shù)通常在15左右。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，支座可吸收來(lái)自地下震源的豎向震動(dòng)能量，并減輕由此引發(fā)的震動(dòng)能。支座的截面及受力方向如圖1及圖2所示。

圖1 橡膠隔震支座的剖面圖

圖2 橡膠隔震支座的受力方向

由圖可知，橡膠和加筋鋼板所起的作用是互補(bǔ)。平時(shí)，當(dāng)支座受壓(來(lái)自建筑物的荷重)時(shí)，橡膠可以承受自上而下的建筑物的豎向重力，然后，再傳遞給建筑物基礎(chǔ)。此外，橡膠還起到另一種作用，即當(dāng)建筑物受到橫向(例如地震或臺(tái)風(fēng))外力時(shí)，可通過(guò)調(diào)整側(cè)向形變來(lái)適應(yīng)，以減少橫向搖撼。因此，橡膠隔震支座作為抗震元件具有“豎向剛、橫向柔”的雙重特性?？偟膩?lái)說(shuō)，在平時(shí)條件下要求支座的各項(xiàng)性能穩(wěn)定而持久;而一旦遇到地震來(lái)臨，則要求它經(jīng)得起破壞力的考驗(yàn)。

一、設(shè)計(jì)原理

1.設(shè)計(jì)參數(shù) 就疊層式隔震橡膠支座而言，形狀系數(shù)是十分重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。此類參數(shù)共分為兩種：

(1)第一形狀系數(shù)S1在S1=D－D1/ntr式中，D－D1是支座外直徑 D減去內(nèi)孔穴(注鉛用)直徑D1之差，單位 mm，tr是單層膠的厚度，n為層數(shù)。所得系數(shù) S1值越大，反映增強(qiáng)層越堅(jiān)固，豎向剛度越大。

(2)第二形狀系數(shù)S2S2=D/ntr，由式可見(jiàn)，n(層數(shù))越少，意味著支座的外形越扁平，穩(wěn)定性越好。

根據(jù)應(yīng)用實(shí)踐，S1以≥15為適宜，而 S2則應(yīng)介于3～6之間。

2.阻尼性能 是指外界振動(dòng)能量輸入后，由于橡膠的滯后效應(yīng)而使振幅逐漸減小，使部分振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使共振波的振幅下降，降低了地震的破壞力度。

二、抗震橡膠支座的制造

抗震橡膠支座的選材和制造工藝大致如下：

1.原材料選用

(1)膠種 應(yīng)滿足支座對(duì)力學(xué)性能的要求，重點(diǎn)是達(dá)到一定的強(qiáng)度、較小的壓縮永久變形率及合適的硬度。此外，還要求具備優(yōu)越的耐綜合天候(耐熱、耐寒及耐天候老化)性能以及不少于60年的持續(xù)使用壽命。常用的膠種為天然橡膠和氯丁橡膠。

(2)骨架材料 厚度≥2 mm的45號(hào)鋼板。為確保與橡膠良好粘接，鋼板表面需經(jīng)溶劑清洗，噴沙除銹，最后涂上專用膠粘劑。

2.加工制造

(1)配方設(shè)計(jì) 因產(chǎn)品體型大、層數(shù)多，宜采用低溫長(zhǎng)時(shí)間硫化為宜，硫化體系采取低硫高促，以防止硫化時(shí)間長(zhǎng)可能帶來(lái)的返原傾向。

(2)煉膠 同一般橡膠制品。

(3)硫化 硫化模具采用三組件組合，即上模板、中框及底板，上、中件各開(kāi)有定位導(dǎo)釘孔。硫化壓力大于7 MPa。合模后需伸、降硫化機(jī)2～3次，借以排除橡膠內(nèi)部窩藏的空氣。硫化可采取逐步升溫模式。

3.產(chǎn)品性能指標(biāo) 摘自某工廠企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)下表。

(君 軒)