柔性連體結構高位減震隔震支座淺析

方 坤

中信建筑設計研究總院有限公司（430010）

0 前言

柔性連體結構高位減震隔震支座最初應用在橋梁項目中，在建筑結構中的應用主要是隨著建筑減震隔震的發展而逐漸發展的。減震隔震結構主要是按照隔震層的位置劃分為基礎、層間及高位三種，連體結構根據連接體和塔樓連接方式的強弱劃分為強連體結構與柔性連體結構。合理設置連接支座的方式不僅可以有效降低連接體的地震響應，還可以促使連接體的受力從復雜的扭轉擺動轉變為平動，促使主體塔樓的受力更加合理。對此，探討柔性連體結構高位減、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、地震作用及風荷載引發的豎向力與水平力。連接支座能夠消除結構在荷載與溫度改變、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。支座應用橡膠的不均勻彈性壓縮可以實現支座的轉動，此時可以應用剪切變形的方式完成支座水平位移。為了預防內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。

2.2 摩擦擺式支座

摩擦擺式支座主要原理是鐘擺原理，借助結構的上下擺動及接觸面的摩擦實現結構自振周期的延長，以耗散輸入的地震能量，實現自我復位，借助結構自身的重量強化承載能力。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構物和地面隔離開，借助改變固有振動頻率與滯回效應的能量消散功能促，使結構不會因為地震而遭受影響。摩擦擺式支座的合理應用可以有效降低傳遞期間側向力與水平振動的影響。在強地震的影響之下，摩擦擺式支座可以促使傳遞到結構的地震力下降，借助摩擦面的曲率可以促使回復力的形成。這一種結構類似于上部發生單擺，借助調整曲率半徑的方式控制支座的周期與剛度，從而促使整個結構固有頻率得到調整。

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、滾動軸的自由轉動促使結構和被隔震層發生相對運動，支座可以將結構和地震作用隔絕，有效克服疊層橡膠支座無法應用于長周期水平振動的缺陷。傳統的滾動類支座復位能力相對較差，無法抵抗豎向地震的作用，所以只能夠應用在連接體位置相對比較低的連體結構當中。以SMA滾動隔震支座為例，這一種支座結合了SMA絲，應用超彈性效應形成一個機遇記憶合金的支座，形狀記憶合金本身帶有記憶效應與超彈性滯回性能、高阻尼特性，超彈性性質則是溫度超過合金絲奧氏體相變結束溫度的同時，如果溫度不會發生改變，此時只需要拆除荷載，材料便可以逆向轉回到母相形狀，變形會完全消失，支座應用形狀記憶合金超彈性滯回功能降低結構的振動響應。

3 結語

文章簡要分析柔性連接支座，認為柔性連體結構高位減震隔震支座具備原理簡單、豎向承載力強、耗能強、可自復位、使用壽命長等優勢，可以有效應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構中，具備多種性能優勢，可以作為常規方案推廣。