限位及自复位橡胶‑滑移隔震支座的施工方法与流程

本发明涉及建筑物隔震支座的施工技术。

背景技术：

在结构灾害控制方法中，叠层橡胶和滑移隔震的研究和使用较为广泛。叠层橡胶隔震工程应用实例较多，设计规范相对全面；摩擦滑移隔震构造简单、制作方便、造价低廉和施工简易。两类方法的共同点在于：通过隔震层把上部结构和基础分开，地震作用下水平位移主要出现在隔震层，上部结构可近似进行刚体平动；同时隔震层能够延长结构周期，使隔震结构周期远离场地卓越周期；隔震层除了能够隔离地震向上部结构传输外还会耗散大量的地震输入能量。虽然关于隔震结构已经进行了大量的研究和工程应用，但仍然存在着如下不足：

(1)橡胶支座当水平剪切变形较大时容易导致失稳，且其抗拉能力不足，地震作用较大时容易产生受拉破坏；

(2)滑移隔震在摩擦系数较小时减震效果会更好，与此同时会引起隔震层水平位移过大，影响正常使用甚至会造成结构与周围设施产生碰撞，且其不具备自复位机制，震后残余位移过大，影响正常使用；

(3)限位装置有可能变形能力不足，使得滑移隔震结构的运动受到限制，削弱减震效果。

技术实现要素：

本发明的目的是开发一种限位及自复位橡胶-滑移隔震支座。

本发明是限位及自复位橡胶-滑移隔震支座，其步骤为：

(1)在隔震层基础布置橡胶隔震垫，并通过螺栓将橡胶垫底部的连接钢板连接到隔震层基础的预埋钢板上，所需螺栓数目为：

式中：n为螺栓数目，V为隔震支座底部的计算剪力，V₀为单个螺栓的受剪承载力。

(2)初步预估隔震结构在地震作用下的水平位移，合理确定隔震支座与挡块的间距，在隔震层基础部位浇筑钢筋混凝土挡块；

(3)在橡胶隔震垫上部及结构下部分别加设滑移材料聚四氟乙烯，形成滑移层，结构在滑移层运动时摩擦会耗散一部分能量，同时滑移层隔断结构与橡胶垫，克服了橡胶隔震垫容易产生受拉破坏的弊端，滑移层采用库伦摩擦力模型：

F_f＝μMg

式中：μ为摩擦系数，M为上部结构总质量，g为重力加速度。

(4)为了减小隔震结构在地震作用下的水平位移及震后残余位移，在挡块和结构之间连接形状记忆合金螺旋弹簧，形状记忆合金螺旋弹簧可以集耗能、限位及自复位功能于一体。螺旋弹簧上的作用力F与隔震层位移u_b之间存在以下关系式：

式中：m为螺旋弹簧总圈数，R为弹簧平均圈半径，r为螺旋弹簧杆半径，G为形状记忆合金的剪切模量，Ω为相变张量，ξ为形状记忆合金马氏体含量百分数。

本发明的有益效果是：超弹性形状记忆合金在强度高、抗腐蚀、抗疲劳性好，是理想的耗能材料，且其限位和自复位功能良好，将其与隔震部件联合使用可行成新型自复位减震装置；隔震结构的水平位移包括在滑移层的滑动及橡胶隔震支座的水平变形，因此该新型减震装置会使得橡胶隔震支座的水平变形减小，有助于克服橡胶支座由于剪切变形过大而失稳的问题，同时滑移层将上部结构和橡胶垫隔离开来，克服了传统橡胶支座容易发生受拉破坏的缺陷。此外，橡胶部分能在一定程度上缓和基础不均匀沉降带来的问题，有助于确保滑移隔震层的正常工作。新型限位及自复位减震装置集耗能、限位及自复位于一体，使得橡胶和滑移隔震优势互补，具有很好的工程应用前景。

附图说明

图1是限位及自复位橡胶-滑移隔震支座示意图，图2是限位及自复位橡胶-滑移隔震支座详图。

具体实施方式

本发明的限位及自复位橡胶-滑移隔震支座研究目标通过采用以下技术方案来实现，所述限位及自复位橡胶-滑移隔震支座的特点包括如下内容：如图1、图2：

(1)在隔震层基础1需要放置隔震垫的位置预埋钢板2；

(2)将橡胶支座3通过螺栓4连接到预埋钢板2上，所需要的螺栓4数目为：

式中：n为螺栓数目，V为隔震支座底部的计算剪力，V₀为单个螺栓的受剪承载力。

(3)根据隔震结构在地震作用下的水平位移大小，在隔震层基础部位浇筑钢筋混凝土挡块5；

(4)在橡胶支座3顶部及结构6下部分别粘接聚四氟乙烯滑移材料7形成滑移层8，滑移层8采用库伦摩擦力模型：

F_f＝μMg

式中：μ为摩擦系数，M为上部结构总质量，g为重力加速度。

(5)为了减小结构6的水平位移，在挡块5和结构6之间设置大尺寸形状记忆合金螺旋弹簧9，螺旋弹簧9通过预埋件10连接到混凝土上，形状记忆合金螺旋弹簧9除了限位作用外，加上其材料本身的形状记忆效应，在地震结束后可以起到自复位作用，从而大大减小结构6的残余位移，确保结构灾后的正常使用。螺旋弹簧9上的作用力F与隔震层位移u_b之间存在以下关系式：

式中：m为螺旋弹簧总圈数，R为弹簧平均圈半径，r为螺旋弹簧杆半径，G为形状记忆合金的剪切模量，Ω为相变张量，ξ为形状记忆合金马氏体含量百分数。

本发明是限位及自复位橡胶-滑移隔震支座，其步骤为：

(1)在隔震层基础布置橡胶隔震垫，并通过橡胶垫底部的连接钢板和隔震层基础的预埋钢板将橡胶隔震垫连接到基础上；

(2)初步预估隔震结构在地震作用下的水平位移，合理确定隔震支座与挡块的间距，在隔震层基础部位浇筑钢筋混凝土挡块；

(3)在橡胶隔震垫上部及结构下部分别加设滑移材料聚四氟乙烯，形成滑移层，结构在滑移层运动时摩擦会耗散一部分能量，同时滑移层隔断结构与橡胶垫，克服了橡胶隔震垫容易产生受拉破坏的弊端；

(4)为了减小隔震结构在地震作用下的水平位移及震后残余位移，在挡块和结构之间连接形状记忆合金螺旋弹簧，形状记忆合金螺旋弹簧可以集耗能、限位及自复位功能于一体。螺旋弹簧上的作用力F与隔震层位移u_b之间存在以下关系式：

式中：m为螺旋弹簧总圈数，R为弹簧平均圈半径，r为螺旋弹簧杆半径，G为形状记忆合金的剪切模量，Ω为相变张量，ξ为形状记忆合金马氏体含量百分数。

实际工程中橡胶支座水平变形不能过大及容易发生受拉破坏，而滑移支座水平位移往往过大，但滑移支座不会出现受拉情况，将两类支座结合使用从而实现优势互补，为了预防组合支座在地震作用下发生较大位移的可能性，同时加设了形状记忆合金螺旋弹簧以起到限位及自复位作用。该种限位及自复位橡胶-滑移隔震支座减震性能良好，同时能够有效控制结构在地震作用下的水平位移，有助于确保隔震结构的正常使用，且安全储备高，具有很好的工程应用前景。

实施例：

以某一10层钢筋混凝土框架结构为例，采用桩基础，抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度为0.20g，隔震支座设置在基础顶部，将上部结构和基础分开，所有框架柱底部布置隔震支座，计算得水平向减震系数为0.432，最大水平位移为229mm。

计算得到隔震结构底部的剪力为21806.28kN，隔震层总刚度为69985kN/m，单个支座的水平刚度为1052kN/m，则该支座的剪力设计值V为：

支座底部采用B级普通螺栓连接到基础，单个M30螺栓的受剪承载力设计值V₀为120.2kN，则所需连接螺栓数目为：

因此支座底部的连接螺栓数目可采用4个M30。