桥梁橡胶支座减、隔震性能研究

1、桥梁橡胶支座减、隔震性能研究本文在桥梁板式橡胶支座、聚四氟乙稀滑板橡胶支艸的动力剪切性能以及弧形钢振条的滞冋 性能试验的革础上，建立了相应的力学分析模式。通过简支梁桥模型的地震模拟振动台试验 和计算分析，验证了计算模式的正确性，并表明弧形钢板条耗能器与滑板橡胶支座组合是一 简易而理想的减震、耗能体系。关键词：橡胶支座，聚四碱乙稀滑板橡胶支座（简称滑扳橡胶支座），弧形钢板条耗能器，减 震，隔震。>引 言近甘年來，橡胶支座在我国桥梁工程中己得到了广泛的应用，但对这种支座的减、隔震 问题尚缺乏充分的研究。为满足桥梁抗震设计的需要，木文试图评价目前国内桥梁橡胶支座 的减、隔震性能，提出弧形钢板条

2、耗能器与滑板支座组合使用的减、隔震体系（图1）,并作 了试验研究，从而建立相应的计算模式。3.不诱啊板s.亚形钢板条二、桥梁板式橡胶支朋和滑板橡胶支朋的动力剪切试验试验的橡胶支屎采用国内江苏省常熟橡胶制品厂加工制造的板式橡胶支廉，选用的规格为：140x140x28、150x200x28> 150x200x35、140x140x35 > 100x100x29；滑板橡胶支座选用的规格为:100x100x32. 5和00x 200x32. 5,支座的硬度为邵氏60 ± 5%试验是在同济人学材料力学试验室引进的英国instron公4生产的1343型电液伺服疲劳试验机上进 行。为利

3、用该疲劳试验机做控胶支廉的动力剪切试验，专门设计了一套辅助的试验架，见图2。为研究板式橡胶支座的动、静剪切刚度，滑板支座的滞回性能及动摩擦系数，我们做了 人量的试验，获得了规律基本一致的数据与图表，示例于图3、4、5、和表1。翅2 1343型电液伺舉發劳试腔机与 辅勖试连舉fi$ 2 servo-controlled hydraulic fatigue testing machine and auxiliary equipment: 3embearldrsb 4桓式检胶文良动力剪切観*曲找fl*. 4 dynamic shear modulus venus frequency for robb

4、er bearinfm 5灣坂律胶文廈的濡母*股存号吨移v说1(11z):i?供净丟黄 :jc忌乂宋梭手 /130#01j0.0400.034230.30.m58o.eio0.010.0s50.03042.966 12121i1 j0.30|0.01厂0.30j10.0560.0550.03050,>5716f f0.0800.0567310.01 |0.0230.0238- i30.30|0.0300,03096.20610.61 0.03010,0211fi0.033-1061 q叭3°|0-013111210.01 | 0.630-:0,0201212 10.30|0.0

5、36035】33o.oi|0.02#0.02014-3 <10.30j0,022 !i04021is11.00w* -6vw"叮；j- - .r。吟丄0*11166iw0.304!1 °<u>3< m1710.40. 121叭qi. |04241 .:題a18i10.id! 120.30.b|0.036 決fa：ox v.63在分析了大量的试验结果后，可得出下列结论：（1）对于一定的剪切应变，随着频率的 增加，剪切模量明显增加，（2）对于一定的频率，随着剪切应变的增加，剪切模量大幅度降 低；（3）支座规格，压应力值对剪切模量无明显影响；（4）压应力和

6、频率卡，滑板橡胶支座 的滞变能随着滑动位移的增加而增加；（5）压应力和滑动位移定，滑板橡胶支座的滞变能 随着频率的增加而增加；（6）对于一定的滑动位移和频率，滑板橡胶支屎的滞变能随着压力 的增加1何增加；（7）滑板橡胶支座的摩擦系数随着反应力的增加而减少，随着滑动位移的增 加，以0. 3hz频率滑动时，相应的摩擦系数有明显增加，而以0. 01hz频率滑动时，摩擦 系数无明显变化；板式橡胶支队的滞卜讪线是狭长的；滑板橡胶支屎的滞|叫曲线类似于 理想弹塑性材料问滞凹曲线。三. 弧形钢板条耗能器的滞回性能试验试验用的弧形钢板条耗能器，是用a3号扁钢冷弯加工而成，如图6所示。试验亦在上述同类型的电液伺

7、服疲劳试验机上业行，并设利万拟应的试验架（图7）。图7弧形钢较条的试甦装试验所得弧形钢板条的滞回曲线示例于图8。肚见，弧形钢板条的滞回曲线类似于低碳 钢的单向拉伸试验的恢复力曲线，但弧形钢板条的工作原理不同。它因是冷弯加工而成，弧 形钢板条的圆弧部分的应变和等，在初始阶段，圆弧段内的应力不会增加，圆弧一端的肓线 段应变增加，而圆弧另一端应变减少。当圆弧一端的直线段应变达到与圆弧段的应变相等吋, i员i弧开始挪动。在挪动前弧形钢板条的力与位移的数系近似线弹性，挪动后弧形钢板条随看 位移的增加，力有少量的增加。最人行程量值仅受h值（见图6）人小限制，通过人量的试 验，可得出下述结论：（1）弧形钢板

8、条的行程量，可以根据结构的需要选择d值大小，若行 程量人于d值时，圆弧则被拉肓，（2）弧形钢板条的滞冋曲线类似于双线型杆的恢复力曲线, （3）频率对孤形钢板条滞回性能无明显影响:（4）随着t/2r的比值增加，滞冋面积增大，随着弧形钢板条宽度增加，滞回面积亦增加，（5）随着行程量的增加，耗能明显增加。m形啊板条的淆回曲我四、板式橡胶支屎、滑板橡胶支屎和弧形钢板条耗能器恢复力计算模式1.板式橡胶支座的试验表明，它的滞回曲线是狭长形，可以近似作线性处理。它的剪 切刚度尽管随着最大剪切应变的变化和频率的变化而变化，但对于特定频率和最大的剪切角 而言可以近似看作帘数。因此，板式橡胶支朋的计算模式近似按最

9、人的剪切应变和频率來确 定支座的刚度，并作线性处理。2.滑板橡胶支座与弧形钢板耗能器的滞回曲线(见图5和图8)是类似的，因而可将其 计算模式都采用双线型恢复力函数来表达，见图9。图9福板养衣妞与久形钢板条的计鼻樓氏 fig. 9 force versus displacement for teflon plate-coated sliding bearing and curved steel-strip/(x) - (1 - tt)tx±fli(rj±x0) 式中丫巧为屈服变位，f为弹性蹈度；nt = i - kpt kp = (i- n)k9h为塑性刚度(滑板椽胶支宦灯=

10、0)甲 垃丙塑性变位(速度变号处的变位, 而q产kb为屈服剪切力(淆扳橡狡支 座为动降撩力。众所周知9上式左不 同阶段时表示方式不同，在此从略。根据上述的计算模式，我们编制了多跨简支梁和多跨连续梁桥貝有橡胶支座时的线性和 非线性地震反应程序。五、具有橡胶支朋的简支梁桥振动台试验本试验在同济大学工程结构研究所的模拟地震振动台上完成的。试验用梁为模拟梁，尺寸4m(l)xlm(b)xl. 2m(h),重量约为11. 5t«滑板橡胶支座规格为100x100x32. 5和60x200x32. 5两种。图10小采用三点式支闻布査是为便于梁的安装定位。各种类型的支座设置在地震波作用下的最大反应值汇

11、总于表2o从表2可见三个橡胶支座的位移响应不完全和同，这是山于梁的偏心及梁底不平整等因素引起各支座的受力不均匀所致。限于篇幅，仅例示滑板橡胶支座与弧形钢板条耗能器组合使用的梁桥系统0. 4gel centro波作用下梁的位移时程曲线(如图11)。喪2地農作用下im2支座梁桥最犬鸩穆无总袤支座类埜输入被形及曲值|聚大位抄谡大加連俵 应（mmm&<t）支废im部录大仪移应ejs 比"1号支屋2号支$号支崖i淆板椁胶支座js el centro &!>.o0j01 “2.4 50.1s g3 ft3.5.112.03.00.60.2g el centro设13.

12、5t.u3.«3.751.10.10.2« g3 波22.522.84.01.20.4g el centro ft* 2g.i0j83.55.05.«i滑娠咬支0.2s g3 设6.5 0,2$2.25.23.t50.13盘与礙错較 条鉅含槌用0,48 el centro 波22. 302j8.0o.sg* el centro 波25.50.31542,0i擀转脫支氏s尊支至oji g3 波4.0j23.04.0o.n g3 «14.00.1752.85.5*灣舉牧支 反（法廈均加w）0 11 el centro 技3.50.0752.40.7«

13、;.u 03 *6.50.07冲i0 j50.70.2. bl centr0 波18.00.120.83.530.28 g3 浅2130.12 .9賢連板式律jg el centro 祓4.5«j3st"ojt g3 泼5.«®.ui0j0.2g el centro波12.00e2510.21 gs tt|13.0|0.26合面却速度值只有。48“ 凰尼比是用正弦波扫麒荻得£ n位移厲直时程试验结杲表明：（1）滑板橡胶支廉较板式橡胶支座有一定的隔震作用，随着地震加速度峰值的增加这种作用越明显，但位移一般鮫板式橡胶支座大；（2）弧形钢板条对丁减少

14、结构 的滑动位移有明显的作用，以表2屮().2gg3波的反应为例，滑板橡胶支朋与弧形钢板条组 合体系的位移反应为6. 5mm,远小丁板式橡胶支座体系的反应13. omm或滑板橡胶支座 体系的反应22. 5mm,加速度反应较滑板橡胶支魔体系有所増加但较板式橡胶交廉为小。(3) 滑板橡胶支座加少虽的油脂对反应无明显影响。六、橡胶支座的减、隔震性能分析1. 不同支座体系的计算模式试验验证为了验证不同支座体系计算模式的止确性，对振动台试验用的简支架桥模型作了地震反 应计算，并与试验结果进行对比。rti于振动台试验屮梁两端所设置的支屎体系是类同的，梁 可以看作一个质点，可简化为两端支座并联的单质点体系。

15、作者对试验川的几种支座体系都作了计篦分析，冇关支座及弧形钢板条的动力参数均按 前面的试验结果取值。例如，滑板橡胶支座与弧形钢板条组合使用时，在0. 4g峰值el centro波作用下的地震反应计算屮，支朋剪切模量取冈2. ompa,摩擦系数取0. 07, 6根 弧形钢板条的弹性刚度为1. 8xl05n/m,塑性刚度为18xl05n/m,弹性极限位移加6 mm,其计算的时程|线示于图12,相应的试验时程|11|线示于图11。显然计算结果与试验结果基木吻合；其他支座体系的相应比较也都基木吻合，在此不一一枚举。2. 橡胶支座桥梁地震反应的若干影响因素通过试验研究；在基本上证实了各支座体系计算模式的可

16、靠性后，我们应用口编程序对 若干影响因素作了分析，限于篇幅，仅将冇关结论简述如下：(1) 梁重量和摩擦系数对橡胶支座梁桥地展反应影响对于板式橡胶支座，梁的质量的增加会增加体系的周期，相应地增加梁的位移响应，减 少加速度响应，对于滑板橡胶支座，随着梁质量的增加，一方而因支座压应力加大导致滑板 摩擦系数的减小，增加梁的位移和减少加速度响应，另一方面摩擦系数即使不变，随着梁的 质量增加滑移量亦有所增加。(2) 弧形钢板条耗能器对滑扳橡胶支座梁桥地震响应的影响弧形钢板条耗能器减小梁的滑动位移。若弧形钢板条的数目一系数较小者，滑板橡胶支 朋的摩擦系数较小者，弧形钢板条耗能器对降低滑移卅的作用更为明显。阻尼系数的影响对于板式橡胶支座，阻尼力会减少梁的位移加速度响应，但对于滑板橡胶支屎，阻尼力 起减少梁的位移而增人梁的加速度的响应。七. 结论1. 山于板式橡胶支座剪切性能近似为