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双向滑动球型支座、滑动橡胶支座的开发应用,使桥梁减隔震设计得以实现。使用纯橡胶支座来作为桥梁的支座时,虽然也可以满足柔性水平变形的刚度的要求,但是此类支座
的竖向压缩变形过大,很难满足桥梁的竖向刚度的要求,而且施工控制过程复杂,
十分困难。如果在纯橡胶支座的橡胶层内交错布置薄钢板,形成双向滑动球型支座、滑动橡胶支座,钢板一方面可以控制橡胶层的横向膨胀变形,另一方面又不影响支座的水平变形,使得支座同时具备竖向刚度大和水平刚度小的特点。纯橡胶支座与板式橡胶支座在变形方面的区别,从图2.3中很容易看出。
双向滑动球型支座、滑动橡胶支座减隔震技术的适用条件[3]
大量的研究表明,适宜进行减隔震设计的情况有以下三种:
1)桥梁上部结构为连续形式,下部结构刚度比较大,整个桥的基本周期比较短;
2)桥梁下部结构刚度变化不规则,刚度不均匀,引入双向滑动球型支座、滑动橡胶支座减隔震装置可调节各桥墩刚度。因而可以避免刚度较大桥墩承担很大惯性力的情况;
3)场地条件较好,预期地面运动具有较短的卓越周期,长周期范围所含能量较少
等情况。双向滑动球型支座、滑动橡胶支座减隔震设计的方法桥梁抗震设计计算中,早期采用简化的静力法,二十世纪五十年代后发展到动力法的反应谱理论,近20年来对重要结构物采用动力法的动态时程分析法
设计的保守性及材料成本高,使隔震设计造价偏高,制约了隔震技术的推广应用。而性能稳定的双向滑动球型支座、滑动橡胶支座,既能有效地保证工程结构的安全,又可以避免对生态环境的污染。高阻尼橡胶支座采用具有高阻尼的橡胶材料制成,材料中混合了天然橡胶和合成橡胶的橡胶聚合体,并加入了填充剂、补强剂、可缩剂、硫化剂等外加剂,提高了橡胶材料的阻尼比。其形状及构造与天然橡胶支座相同,但高阻尼橡胶材料的粘性大,自身可以吸收能量,由于将功能集成在一起,可以节省使用空间,施工也比较方便。
2006年,庄学真、沈朝勇、金建敏[[13〕对双向滑动球型支座、滑动橡胶支座的力学性能进行了系统的试验研究,研究了该支座的竖向刚度、水平刚度、阻尼比及水平剪切大变形等。该支座的推广应用,将使桥梁结构在地震(中震、大震)时降低地震作用力,对整体结构能进行限位,有效地控制桥梁结构的地震反应,达到桥梁结构隔震减震的目的,弥补我国桥
梁结构中现在所用双向滑动球型支座、滑动橡胶支座之不足,同时可降低成本,节省使用空间,便于施工;薛晓锋,胡兆同,刘健新等[8]运用地震动力分析程序计算了高阻尼橡胶应用在桥梁上的减震效果,结果表明:高阻尼橡胶的应用可以使桥梁的减震效果提高30%以上。2008年,袁涌、朱昆一、熊世树、资道铭等[is〕对新型双向滑动球型支座、滑动橡胶支座的力学性能及此支座对桥梁的隔震性能进行了试验研究。通过输入正弦波研究其力学性能,试验结果表明:新型高阻尼橡胶隔震支座是速度相关型双向滑动球型支座、滑动橡胶支座,加载频率的等效水平刚度有较大的影响,但对其等效阻尼系数影响不大。同时通过速度控制型实时子结构试验精确、定量地验证了新型双向滑动球型支座、滑动橡胶支座对桥梁的减隔震效果。2010年,资道铭、袁涌等[16〕对新型高阻尼橡胶隔震支座的力学性能及此双向滑动球型支座、滑动橡胶支座对桥梁的隔震性能进行了实验研究。通过正弦波实验研究其力学性能,同时通过数值分析精确的定量地验证了新型双向滑动球型支座、滑动橡胶支座对桥梁的减隔震效果。