李陽 繆騫 謝寶玲 董家承 王正醇

摘 要：文章從減震裝置的實(shí)際需要出發(fā)，對(duì)國內(nèi)外現(xiàn)有的減震裝置進(jìn)行分析比較，研發(fā)出了的蝶形彈簧減震支座，蝶型彈簧作為主要減震元件，綜合鉛芯、橡膠和彈簧完成減震的功能，該套減震裝置在結(jié)構(gòu)上有創(chuàng)新，在力學(xué)分析過程中滿足工作要求。

關(guān)鍵詞：蝶形彈簧減震支座；減震；創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：TH135；TH933.202 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）15-0065-02

減隔震裝置是高層建筑、橋梁、隧道、地鐵、高鐵、城際城市高架等工程中廣泛應(yīng)用的重要承力和功能構(gòu)件，減隔震裝置這類工程構(gòu)件的創(chuàng)新與發(fā)展成引起了國家高度的重視。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)研究比較成型的減震制作有四種[1]。

1.1 橡膠隔震支座

屬于隔震產(chǎn)品，可起到一定的隔震效果。橡膠隔震支座在國內(nèi)外均已得到大量的使用，尤其是日本對(duì)震區(qū)的建筑或橋梁大部分都設(shè)置鉛芯橡膠支座。在我國此支座在20世紀(jì)90年代起開始應(yīng)用，現(xiàn)已形成國家標(biāo)準(zhǔn)。

其不適用于軟土地的橋梁或建筑，同時(shí)產(chǎn)品的質(zhì)量與橡膠性能有密切的關(guān)系，因此必須嚴(yán)格控制橡膠質(zhì)量，同時(shí)橡膠存在老化問題。隔震裝置適用于Ⅰ、Ⅱ場地，對(duì)于軟土地Ⅲ、Ⅳ類場地具有一定的局限性。

1.2 鐘擺式隔震支座

屬于隔震產(chǎn)品，可起到很好的隔震效果，同時(shí)可以根據(jù)需要選不同的摩擦系數(shù)對(duì)于不同的耗能能力，適用于高震區(qū)任何橋梁或建筑，同時(shí)具有很好的經(jīng)濟(jì)性，維護(hù)成本也低。

1.3 彈塑性阻尼裝置

屬于減震產(chǎn)品，具有很強(qiáng)耗能能力，適用于高震區(qū)任何橋梁或建筑，同時(shí)具有很好的經(jīng)濟(jì)性，維護(hù)成本也低，國內(nèi)外均有實(shí)際工程應(yīng)用。歐美地區(qū)已大量應(yīng)用彈塑性鋼耗能裝置來解決地震問題，國內(nèi)也已有7個(gè)橋梁工程應(yīng)用。彈塑性鋼耗能裝置適用于7、8、9度及更高震區(qū)。產(chǎn)品特點(diǎn)有阻尼比高、耗能能力強(qiáng)、減震效果明顯、耐久性、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)，但其在豎直高度上難以控制。

1.4 液壓阻尼裝置

屬于減震產(chǎn)品，具有很強(qiáng)耗能能力，通常是結(jié)構(gòu)增設(shè)的耗能體系，特別是維護(hù)加固增設(shè)的最佳選擇，國內(nèi)外有大量工程應(yīng)用。液壓阻尼裝置對(duì)于已有工程加固很方便，不需要增設(shè)其它結(jié)構(gòu)，同時(shí)不影響原有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

速度鎖定器可以將活動(dòng)墩在地震時(shí)轉(zhuǎn)化成固定墩，分擔(dān)地震力，有效的利用已有墩進(jìn)行抗震，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，但其生產(chǎn)、維護(hù)成本較高[2]。

目前國內(nèi)外支座存在生產(chǎn)、維護(hù)成本較高，支座在豎直高度上難以控制，支座材料的抗腐蝕、抗老化性不夠，支座在橋梁壽命期內(nèi)失效等缺陷。

2 蝶形彈簧減震支座的減震原理及其特點(diǎn)

利用蝶形彈簧、橡膠、鉛芯設(shè)計(jì)一種蝶形彈簧組合式減震支座，蝶形彈簧的選用大大增加了結(jié)構(gòu)耗能能力，結(jié)構(gòu)耗能恰是減小結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)重要途徑之一；相當(dāng)數(shù)量碟簧疊加形成碟形彈簧組，在地震所產(chǎn)生的動(dòng)荷載作用下，碟形彈簧一定加載頻率以上能夠保持較好的耗能能力。隨著預(yù)壓量的增大，組合碟形彈簧件耗能能力增強(qiáng)。在偏心壓力作用下水平滯回耗能、水平運(yùn)動(dòng)與豎向運(yùn)動(dòng)解耦方面均優(yōu)于同類型支座。碟簧用橡膠包裹，利用橡膠的不均勻彈性壓縮實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角，利用其剪切變形實(shí)現(xiàn)水平位移，適用于任何土地結(jié)構(gòu)的橋梁和建筑，同時(shí)避免了橡膠因硫化時(shí)間、硫化溫度和硫化壓力造成的橡膠支座的制造缺陷；同時(shí)彈簧的中間嵌入鉛芯，鉛具有屈服能力應(yīng)力較低、滯回曲線豐滿的特點(diǎn)，保證支座在變形停頓期間能夠恢復(fù)其原有特性。通過研究支座結(jié)構(gòu)，采用橡膠蝶形彈簧作為減震元件，來隔離地震對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響， 使建筑物在地震時(shí)只產(chǎn)生很小的振動(dòng)， 不致造成結(jié)構(gòu)和設(shè)施的破壞， 并能保證結(jié)構(gòu)物上的重要設(shè)備和儀表正常運(yùn)行。合理安排蝶形彈簧的組合狀態(tài)，可以達(dá)到減震的功能，且能夠降低支座的結(jié)構(gòu)高度，從而承受大載荷。

3 減震支座的設(shè)計(jì)模型簡化

一單跨的簡支梁，如圖1所示。一端為碟形彈簧減震支座，另一端為滑動(dòng)支座，由于滑動(dòng)支座的摩擦系數(shù)很小，不會(huì)約束梁與墩臺(tái)的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，并假定橋臺(tái)剛都很大，不產(chǎn)生變形，則可將圖1a所示的單跨簡支梁化為圖1b所示的計(jì)算模型。

其自由震動(dòng)方程可寫成：

作用于橋梁結(jié)構(gòu)上的地震力，是與動(dòng)力放大系數(shù)β有關(guān)的，動(dòng)力放大系數(shù)β的大小又取決于場地土和結(jié)構(gòu)物的固有周期，因此通過減小支座的剛度，加大支座的阻尼可延長系統(tǒng)的固有周期，與場地土的卓越周期相隔離，從而減小動(dòng)力放大系數(shù)β。

支座的剛度和阻尼同時(shí)也會(huì)影響到系統(tǒng)的位移和相位，因此，通過調(diào)節(jié)支座的剛度和阻尼也可達(dá)到控制位移的目的。

4 結(jié) 語

蝶形彈簧減震支座的研發(fā)，不僅解決了現(xiàn)有減震裝置存在生產(chǎn)、維護(hù)成本較高，支座在豎直高度上難以控制，支座材料的抗腐蝕、抗老化性不夠，支座在橋梁壽命期內(nèi)失效的問題，也滿足國家對(duì)減震支座的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 丁攀攀.國內(nèi)建筑隔震橡膠支座的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].橡膠工業(yè)，2009，

（56）.

[2] 穆祥純.論新型橋梁支座在城市橋梁建設(shè)中的創(chuàng)新發(fā)展[J].特種結(jié)構(gòu)，

2012，（3）.