積層橡膠隔震器

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隔震系統介紹:

傳統耐震結構地震反應的計算分析理論在經歷了20世紀20-30年代的靜力計算理論,  40-50年代的反應譜計算理論後,於60年代又逐步過渡到動力分析理論方面。無可置疑的是經過數十年的研究和工程實踐,人類在抵抗地震這種突發自然災害、保障人類生命安全方面確實取得了顯著的進步。但在減少地震帶來的經濟損失方面可以認為是沒有明顯的進展,這一觀點可能出乎很多人意料,事實上現代社會遭受地震災害的損失遠遠大於1個世紀前。1995年日本神戶大地震造成的經濟損失高達2000億美元,地震持續20秒,每秒的損失達100億美元。這樣巨大的經濟損失嚴重影響一個國家、一個地區和城市的發展和建設。

 

一般傳統結構                                                                   隔震結構

基於傳統建築結構提出的抗震設計思想以「小震不壞、中震可修、大震不倒」三原則為設計目標,建築結構依靠結構的變形來吸收並消耗地震能量。在結構遭遇到中、小型地震時,依靠結構吸收並消耗地震能量是可行的。然而,當建築結構遭遇到大地震或特大罕遇地震時,完全依靠結構難以吸收並消耗巨大的地震能量。因此,雖然採用了嚴格的設計,在遇到超過規範設計要求的大地震或特大地震時仍無法確保結構安全,尋求有別於傳統耐震體系的新體系成了眾多學者的研究目標。

 


傳統結構與隔震結構地震加速度對比:

基礎隔震結構體系通過設置隔震層,將結構分為上部結構、隔震層和下部結構三部分,地震能量經由下部結構傳到隔震層,由隔震層的隔震裝置吸收並消耗主要地震能量後,僅有少部分能量傳到上部結構。隔震層的設置改變了上部結構的週期,降低了結構的地震反應,確保上部結構在大地震時仍可處於彈性狀態,或保持在彈塑形變形狀態的初期狀態。

 

美國Northridge大地震(1994年)和日本神戶大地震(1995年)中地震區隔震建築記錄到的最大加速度反應表明:隔震結構頂層加速度反應峰值僅為非隔震結構的20%(隔震結構198Gal,非隔震結構965Gal)。這是世界上最早實測到的隔震和非隔震結構在強地震作用下的加速度反應對比紀錄,證實了隔震結構體系是當前一種較為理想的減輕地震災害的新型結構體系。

 

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產品種類介紹:  

積層天然橡膠隔震器

橡膠和鋼板如三明治狀互疊置在一起。因為橡膠的彈性系數很少,近似具有非壓縮性,把橡膠做成薄層,用鋼板來約束軸向壓力產生的橫向膨脹,則軸向的變形減小,並且會產生很強的抗壓能力。積層橡膠隔震器若受到水平方向的作用力,會根據自身的彈性模量變形。這樣就形成了一種竪向堅固,水平柔軟的隔震器。

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鉛心積層天然橡膠隔震器

鉛芯多層橡膠是在多層橡膠的中部圓形孔中壓入鉛,其構造如圖1所示。多層橡膠產生剪切變形時, 利用鉛芯的塑性變形吸收能量,因此是一種阻尼器內置型多層橡膠。鉛芯在接近純剪切變形下,反複變形可以發揮穩定的能量吸收能力。此外,由於阻尼器與多層橡膠形成一體可以節省空間,在施工上也較為有利。

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橡膠隔震器性能參數                                             鉛心隔震器性能參數

 實驗數據 

   橡膠隔震器實驗數據 鉛心隔震器實驗數據 高減衰橡膠隔震器實驗數據

 

      橡膠隔震器實驗數據              鉛心隔震器實驗數據             高減衰橡膠隔震器實驗數據

 

 

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隔震器材料剖析:

概要隔震器的水準剛度越小,就越接近完全隔離(絕對隔震),使地震輸入減小、反應加速度也非常小。另一方面,水準剛度越柔,地基與建築物的相對位移增加就越顯著。因此,反應加速度與隔震層位移的關係是相反的。但是,如果具有合適的衰減性能(阻尼器的特性),則既可以減小反應加速度,而且也可以使相對位移控制在適當的範圍內。所以,對於隔震器要求具有承受荷載的能力、大變形性能和地震後能恢復原來位置的恢復性能等,在設計中定量把握恢復力特性是十分重要的。此外,經濟性、施工性、耐久性等也是重要的性能。

 

多層橡膠構造可以滿足上述工程上所要求隔震器的性能,且經濟上也是可行的。如圖所示為多層橡膠隔震器,它是由薄橡膠片與鋼板交錯迭放數層而成。多層橡膠的豎向剛度,通常與一根柱子的剛度相當。例如,多層橡膠的直徑70㎝,總厚度為14㎝(0.7×20層),柱子的截面為70×70㎝,長度為400㎝的RC柱。按計算公式,多層橡膠的豎向剛度約為2140t/㎝,RC柱的剛度約為2500t/㎝,可見多層橡膠的受壓剛度與RC柱基本相同。多層橡膠的水準方向的性能充分發揮了橡膠的特性,具有非常小的水準剛度和很大的變形能力。目前已實現水準剛度小於豎向剛度的1/1000。以前面的例子來比較多層橡膠和RC柱的水準變形能力。直徑70㎝的多層橡膠的水準變形能力40㎝左右,而RC柱的層間變形角如果為1/200,則水準變形量約為2㎝。因此多層橡膠的水準變形能力相當於20層術子的水準變形量的總和。

     多層橡膠隔震器的基本構造如圖3所示,由薄橡膠片與鋼板相互交錯迭置數層,上下有翼緣。平面形狀多采用圓形,因為圓形與方向無關。多層 橡膠中心為空心孔。從多層橡膠的承載機構(應力分佈狀態)來考慮,最好沒有該中心孔。但在多層橡膠製造時的加硫過程中,為使從外部加熱時熱分佈均勻,保證產品品質,設置該中心孔是必要的。特別在多層橡膠的尺寸較大時,僅從外部加熱,熱的傳遞很不充分。為使多層橡膠適應氣候變化,在多層橡膠外部設置保護層,該保護層是採用耐候性好的材料製作。

 

耐久性由於多層橡膠是採用的橡膠和鋼板,所以多層橡膠的耐久性取決於橡膠材料老化,橡膠為有機材料,隨使用年限增大,其性能逐漸產生變化。引起變化的原因有來自外部的物理作用(煤氣、光、熱、外力等)和內部的化學作用(聚合物、填充材料、加橋形態等)。由於多層橡膠的使用環境受光和熱等的影響較小,主要應特別注意的橡膠的氧化反應和徐變。

    一般天然橡膠的氧化反應使其產生硬化。如圖5所示,這是由於在橡膠分子(聚合物)的硫磺結合位置氧分子介入的結果,氧分子的介入使硫磺的結合斷開,進一步又使其他聚合物結合,導致分子結合網點結構的增加,約束了橡膠分子移動,這就是硬化的原因。但是,多層橡膠由橡膠薄片和鋼板組成,氧化物質滲透到橡膠內部的表面積有限。因此,即使表面產生氧化老化,內部的橡膠卻基本完好。根據已使用100年的奧斯特拉里亞的鐵道防振墊的老化調查,雖然橡膠周邊部份有氧化老化層,但內部的橡膠幾乎沒有變化。根據化學反應速度理論,採用加熱快速試驗可以預測其狀態。目前已進行了很多試驗,研究多層橡膠的各種特性變化。例如,經過60年左右,剛度增加約10~20%,破壞位移約降低10%左右。在隔震建築設計時考慮這些變化因素,就可以使問題得到完全解決。進一步,在多層橡膠與外部接觸的表面部分可以採用耐候性較好的橡膠材料。

關於徐變,根據2年的足尺多層橡膠平均壓應力為110~150的試驗量測結果,並考慮氣溫變化產生的膨脹和收縮的修正,可以推斷100年後徐變數不到總橡膠厚度的10%。根據加熱快速試驗的徐變現象進行預測,得到如圖2所示的結果。由該圖試件溫度條件的變化結果,可以推斷,多層橡膠在設置環境(20℃)下,徐變數約為總橡膠厚度的3~5%。

 

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隔震標準品規格:

隔震器標準品規格計算圖表

 

隔震器標準品規格表

產品類型: