柔性連體結(jié)構(gòu)高位減震隔震支座淺析

方 坤

中信建筑設(shè)計研究總院有限公司（430010）

0 前言

柔性連體結(jié)構(gòu)高位減震隔震支座最初應(yīng)用在橋梁項目中，在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用主要是隨著建筑減震隔震的發(fā)展而逐漸發(fā)展的。減震隔震結(jié)構(gòu)主要是按照隔震層的位置劃分為基礎(chǔ)、層間及高位三種，連體結(jié)構(gòu)根據(jù)連接體和塔樓連接方式的強(qiáng)弱劃分為強(qiáng)連體結(jié)構(gòu)與柔性連體結(jié)構(gòu)。合理設(shè)置連接支座的方式不僅可以有效降低連接體的地震響應(yīng)，還可以促使連接體的受力從復(fù)雜的扭轉(zhuǎn)擺動轉(zhuǎn)變?yōu)槠絼樱偈怪黧w塔樓的受力更加合理。對此，探討柔性連體結(jié)構(gòu)高位減、隔震支座具備顯著實踐性價值。

1 連接支座工作原理

連接支座首先能夠提供可靠的傳遞連接體的支撐反力，涉及到恒載、活載、地震作用及風(fēng)荷載引發(fā)的豎向力與水平力。連接支座能夠消除結(jié)構(gòu)在荷載與溫度改變、混凝土收縮與徐變、地震作用之下的變形問題。按照上述的要求，支座本身可以提供承載豎向力的剛度，滿足豎向的承載要求，在豎向力最大的情況下，變形會比較小，水平方面帶有一定的變形功能，從而為連接體提供溫度改變、地震作用之下的水平位移荷載抵抗能力[1]。

2 柔性連接支座的類型

2.1 橡膠類支座

橡膠類支座主要是按照橡膠材料劃分為天然橡膠、高阻尼橡膠以及硅橡膠三種類型。按照支座的類型可以劃分為疊層鋼板橡膠、鉛芯疊層橡膠及盆式橡膠三種類型支座[2]。以疊層鋼板橡膠支座為例，這一種支座主要是通過薄橡膠片與支座內(nèi)部的夾層薄鋼板相互疊加，借助加壓硫化的處理工藝，以中心作為空心孔，確保支座受熱均勻。在水平力影響之下，疊層鋼板支座在剪切變形的過程中，鋼板不約束橡膠的剪切變形，支座的水平剛度會直接決定橡膠本身的硬度及橡膠片的厚度。在豎向荷載力影響之下，橡膠片和鋼板都會向著徑向變形，鋼板變形相對于橡膠片變形比較小，鋼板約束橡膠的變形量，此時支座的垂直變形會比較小，這也顯著提升了支座的豎向剛度。支座應(yīng)用橡膠的不均勻彈性壓縮可以實現(xiàn)支座的轉(zhuǎn)動，此時可以應(yīng)用剪切變形的方式完成支座水平位移。為了預(yù)防內(nèi)置的加勁鋼板銹蝕和橡膠片的老化，支座的表面及周邊會采取橡膠保護(hù)。

2.2 摩擦擺式支座

摩擦擺式支座主要原理是鐘擺原理，借助結(jié)構(gòu)的上下擺動及接觸面的摩擦實現(xiàn)結(jié)構(gòu)自振周期的延長，以耗散輸入的地震能量，實現(xiàn)自我復(fù)位，借助結(jié)構(gòu)自身的重量強(qiáng)化承載能力。摩擦擺式支座主要是按照隔震作用的不同劃分為滑動面朝上、滑動面朝下兩種支座[3]。

摩擦擺式支座主要是將結(jié)構(gòu)物和地面隔離開，借助改變固有振動頻率與滯回效應(yīng)的能量消散功能促，使結(jié)構(gòu)不會因為地震而遭受影響。摩擦擺式支座的合理應(yīng)用可以有效降低傳遞期間側(cè)向力與水平振動的影響。在強(qiáng)地震的影響之下，摩擦擺式支座可以促使傳遞到結(jié)構(gòu)的地震力下降，借助摩擦面的曲率可以促使回復(fù)力的形成。這一種結(jié)構(gòu)類似于上部發(fā)生單擺，借助調(diào)整曲率半徑的方式控制支座的周期與剛度，從而促使整個結(jié)構(gòu)固有頻率得到調(diào)整。

2.3 滾動類支座

滾動類支座是新型的隔震支座，其主要原理在于借助滾珠、滾動軸的自由轉(zhuǎn)動促使結(jié)構(gòu)和被隔震層發(fā)生相對運(yùn)動，支座可以將結(jié)構(gòu)和地震作用隔絕，有效克服疊層橡膠支座無法應(yīng)用于長周期水平振動的缺陷。傳統(tǒng)的滾動類支座復(fù)位能力相對較差，無法抵抗豎向地震的作用，所以只能夠應(yīng)用在連接體位置相對比較低的連體結(jié)構(gòu)當(dāng)中。以SMA滾動隔震支座為例，這一種支座結(jié)合了SMA絲，應(yīng)用超彈性效應(yīng)形成一個機(jī)遇記憶合金的支座，形狀記憶合金本身帶有記憶效應(yīng)與超彈性滯回性能、高阻尼特性，超彈性性質(zhì)則是溫度超過合金絲奧氏體相變結(jié)束溫度的同時，如果溫度不會發(fā)生改變，此時只需要拆除荷載，材料便可以逆向轉(zhuǎn)回到母相形狀，變形會完全消失，支座應(yīng)用形狀記憶合金超彈性滯回功能降低結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)。

3 結(jié)語

文章簡要分析柔性連接支座，認(rèn)為柔性連體結(jié)構(gòu)高位減震隔震支座具備原理簡單、豎向承載力強(qiáng)、耗能強(qiáng)、可自復(fù)位、使用壽命長等優(yōu)勢，可以有效應(yīng)用在連接體位置相對較高及連接體自身剛度較弱的柔性連體結(jié)構(gòu)中，具備多種性能優(yōu)勢，可以作為常規(guī)方案推廣。