大跨空间结构三维橡胶支座隔震设计研究范文

大跨空间结构三维橡胶支座隔震设计研究12020 年 4 月 19 日文档仅供参考东南大学 -海达股份隔震技术联合研发中心计划项目申报书项目领域：大跨空间结构隔震项目名称： 大跨空间结构三维橡胶支座隔震设计研究项目申请人：冯若强联系电话：83790910邮件地址：申请院系：土木工程学院建筑工程系申报日期：.5.6东南大学 -海达股份隔震技术联合研发中心二一三年制22020 年 4 月 19 日文档仅供参考一、项目立项的意义及必要性随着社会整体发展，建筑科学技术水平的不断进步以及人类生活的改进，规模宏大、形式新颖、技术先进的大跨空间结构在世界各国应运而生，结构形式向高、轻、大这三个方向发展。空间结构具有空间跨度大，结构整体刚度大，结构受力合理，耗材少、重量轻等优点，致使大跨空间结构体系具有广阔的应用前景。随着中国国力的不断增强，将需要建造更多更大的大空间建筑物。大跨度结构往往是人群集合和配置重要设施的场所，如何在设计和建造阶段就使它们具有足够的抗震能力和合理的安全度一直备受关注。隔震技术由于能够全面改进结构的抗震防灾性能和正常使用功能，因此受到各国科研人员的青睐，因而大跨结构的隔震已经成为当今结构隔震控制理论和应用研究的一个重要方向。隔震结构的本质就是使结构或结构部件与可能引起的地面运动或支座隔离开来，在许多的应用中，隔震装置是安装在支座位置或基础位置。放在基础位置，称为基础隔震，放在支座部位，称为支座隔震，如图1所示。隔震结构的基本目的，就是要大大减小传到结构上的地震作用和能量。可是，地震荷载作用下，大跨空间结构具有较为复杂的动力特性，其振型表现为水平或竖直方向的运动，同时也可能是水平和竖直方向运动的耦合。当前对于大跨空间结构研究主要集中在水平隔震方面，而对大跨空间结构32020 年 4 月 19 日文档仅供参考竖向隔震研究并不多。应用最为广泛的普通叠层橡胶支座（板式橡胶支座和盆式橡胶支座）暴露出诸多缺点：首先，它竖向刚度很大，对竖向地震作用几乎没有隔震效果；其次，它水平刚度很小，在减震的同时放大了上部结构的水平位移，而橡胶本身回复力差，导致在大变形下很难回复到原位。而抗拔球形钢支座，耗能能力不足。因此采用三维隔震支座是十分必要的。（ a）支座隔震（ a）基础隔震图 1 大跨结构隔震方案适用于大跨空间结构三维复合隔震的支座必须满足以下要求：能水平与竖向隔震隔震；良好的耗能能力；震后自复位功能；耐候、耐久性强；具有足够的抗拔与转动能力。另外，支座的高度不宜太大，否则在隔震支座处会出现较大的附加弯矩，不利于支座的稳定。当前正在研究中的三维隔震支座有形状记忆合金 -橡胶复合支座、形状记忆合金 -橡胶 -碟形弹簧复合支座、碟形弹簧一橡胶隔震支座、摩擦弹簧三维复合隔震支座，摩擦摆碟形弹簧支座。这些三维隔震支座各有优缺点和适用范围，需要根据大跨空间结构自身特点，从中选择较为适合的隔震支座类型。形状记忆合金 -橡胶复合支座包括形状记忆合金和橡胶两个部42020 年 4 月 19 日文档仅供参考分，橡胶支座有一定的减震作用，可是由于其为高分子化合物，老化较快，刚度小，变形大，造成安全隐患，无法调节结构内力。大跨结构跨度大，支座多，因此其应用受到限制。形状记忆合金的越弹性恢复力特性解决了上述问题。利用形状记忆合金的超弹性恢复力特性，在地震作用下，经过橡胶剪切变形，形状记忆合金丝的超弹变形，耗散大量地震能量，使上部结构地震反应减小。由于形状记忆合金丝的纯马氏体弹性模量为 20-30GPa，故其有极大的极限应变刚度，从而能够防止隔震层位移过大而导致支座失稳。形状记忆合金 -橡胶 -碟形弹簧复合支座采用叠层橡胶支座、形状记忆合金绞线和碟形弹簧复合而成，即在 SMA一叠层橡胶支座的基础上，上部串联碟形弹簧而成。支座下部采用两组交叉的形状记忆合金 (SMA)绞线，绕过固定于对面钢板上的滑轮并同定于钢板一侧的两个边缘，只要叠层橡胶支座的上下两个钢板发生水平相时位移， SMA绞线就会随着支座的变形而产生形变，从而提供回复力和阻尼。支座上部的竖向隔震装置由四片碟形弹簧两两对合组合串联在一起，然后在中心设置导向筒，由导向筒来限制碟形弹簧的水平位移，使它几乎只能发生竖向位移。在外部布置刚性外壳既能起到保护内部碟形弹簧的作用，叉便于上部结构的安装与连接。经过碟簧片数和型号的不同来变刚度，进而调节支座竖向刚度，达到很好的璧向隔震效果。52020 年 4 月 19 日文档仅供参考碟形弹簧一橡胶隔震支座采用叠层橡胶支座和碟形弹簧复合而成，其能够抵抗水平地震作用，又可减轻竖向地震反应，具有三维隔震的效果。下部隔震支座结构在地震作用下，经过水平变形避开地震的卓越周期，上部的碟形弹簧是一种南钢板冲压成碟形的薄板弹簧，与其它类型的弹簧相比，它的轴向尺寸较小，径向尺寸较大，呈扁平型，具有体积小、承载能力大、缓冲和减震能力强的优点，采用不同的组合方式 (叠合或对合 )能够得到不同的负荷及变形特性，适合于轴向空间紧凑、横向空间较宽而负荷较大的场合。将碟形弹簧应用在结构隔震领域，能够经过调整碟形弹簧的规格和组合方式来获得所需的刚度，即保证能承受上部结构的自重同时在竖向隔震方面起到良好效果。摩擦弹簧三维复合隔震支座水平隔震拟采用滑移隔震，竖向隔震采用竖向弹簧，弹簧设置导向装置。普通摩擦隔震器的优点是受地面运动频率特性的影响很小，不会发生共振现象，缺点是结构的滑移量随地震强度的增加而增大。静、动摩擦系数之差对隔震性能影响较大，由于动摩擦系数比静摩擦系数小，滑动一旦开始，速度不断增加，当摩擦阻力减小较大时，就会出现类似于负刚度现象，这不但会造成滑移量大，有时甚至可能出现滑移失稳。因此，需匹配合适的限位复位机构。采用普通摩擦滑移隔震器，其限位、复位与抗滑移失稳经过并联辅助装置实现。由予普通摩擦滑移隔震器具有动摩擦系数比静摩擦系数小和可能出现62020 年 4 月 19 日