橡膠砂芯組合砌塊隔震墩豎向承載力研究

李楊勝

（湖南工業大學土木工程學院，湖南 株洲412007）

我國西南偏遠地區地震頻發且經濟落后，鄉鎮低矮房屋多為砌體結構，且建筑環境多為山區，建筑及地基抗震隔震效果較差，難以抵抗地震災害[1-3]。而現代常見隔震系統多為橡膠隔震支座和滑動摩擦支座等裝置[4-7]組成，其抗震隔震措施復雜、造價昂貴、施工不便，難以在鄉鎮地區推廣應用；也有研究人員對以上裝置進行改良及創新，以期得到能夠適用于鄉鎮隔震抗震的裝置[8-11]。

近年來，隨著經濟與汽車制造業發展，車輛的更新換代，廢舊輪胎的處理方式成為了環保部門的一大難題。廢舊輪胎破碎后的橡膠顆粒與砂土混合后作為填充料能夠改善土壤力學性能[12-14]，同時對地下水資源影響較小[15]，有利于環境保護，而橡膠顆粒自身以其密度小、彈性吸能較好等特點與砂顆粒混合后形成的橡膠砂（Rubber Soil Mixture,RSM)具有良好的抗震性能，國內外學者對其工程力學特性進行了大量試驗研究。歲小溪[16]通過對RSM 動力特性及隔震性能研究得出RSM 具有較小的剪切剛度及較大的阻尼比，證明了RSM 良好的隔震性能，同時指出RSM 豎向穩定性有待進一步提高。陳彪漢[17]提出一種利用廢舊輪胎切割成橡膠片疊加而成的簡易隔震支座，對其進行豎向極限承載力試驗。通過對該支座不同壓應力以及層數的豎向壓縮剛度研究，經分析該試驗裝置豎向承載性能較為穩定，適合作為低層房屋建筑隔震結構。

為研究橡膠砂芯組合砌塊的力學性能，作者對單個組合砌塊進行豎向承載力試驗研究，得到其豎向承載力的研究結果。

1 試驗介紹

1.1 試驗材料

橡膠砂芯組合砌塊是由水泥空心砌塊、燒結普通磚、橡膠顆粒及砂顆粒組成，如圖1 所示。水泥空心磚由建筑市場預制，在其孔洞內填入一定配比的橡膠砂，采用燒結普通磚作為上部蓋板，將其按照不同的長寬尺寸切割成塊作為剛性蓋板。

試驗所用橡膠砂為廢舊輪胎破碎后的橡膠顆粒與天然河砂混合所得，顆粒特征見表1。試驗所用橡膠砂配比（橡膠顆粒與砂顆粒質量之比）為20%、30%及50%，見圖2。

1.2 試驗儀器

試驗所用儀器為湖南工業大學豎向加載裝置，該裝置由反力架、拉壓傳感器、液壓千斤頂與手動液壓裝置組成，試驗裝置見圖3。

圖1 組合砌塊剖面圖

圖2 試驗用橡膠顆粒、砂顆粒與混合后的橡膠砂

表1 試驗材料物理性質

圖3 試驗裝置示意圖

1.3 試驗工況

試驗中主要考慮了橡膠砂芯組合砌塊在以下因素對豎向承載力的影響：①蓋板尺寸：11×11、10×10、7×11、7×7；②橡膠砂配比（w）：20%、30%、50%；③蓋板埋深：5cm、10cm、15cm。試驗工況如表2 所示。

表2 橡膠砂芯組合砌塊豎向承載力試驗工況

表3 不同蓋板總位移值

圖4 20%、30%、50%橡膠砂配比的試驗結果

2 試驗結果及數據分析

2.1 力-位移曲線分析

以下給出雙孔混凝土三種橡膠砂配比在不同蓋板尺寸下的力-位移曲線，由圖4 可見，在同一橡膠砂配比下，力-位移曲線呈現位移先增大后放緩的趨勢；蓋板位移初始增大趨勢基本相同，由于本試驗中橡膠砂密實度為自然密實，蓋板在初始荷載作用下為橡膠砂固結壓力；不同配比蓋板位移值隨著橡膠含量增大而增大，由于橡膠砂橡膠含量逐漸增大，使得橡膠砂自身模量降低，豎向剛度減小從而導致蓋板位移值增大。

2.2 蓋板總位移值分析

表3 為不同配比下的蓋板總位移值，由表可知蓋板總位移值受橡膠砂配比與埋深影響較大，隨著蓋板埋深減小，總位移值逐漸增大，而隨著橡膠砂配比增大而增大；圖5 為埋深5cm、30%橡膠砂配比、蓋板尺寸11cm*11cm 組合砌塊破壞示意圖，由圖可見，其破壞形式為空心砌塊漲裂破壞，從而可得其自身承載力受橡膠砂固結橡膠砂側向形變與自身模量影響較為顯著。

3 結論

3.1 橡膠砂橡膠含量逐漸增大，使得橡膠砂自身模量降低，從而其豎向剛度減小，從而導致蓋板位移值逐漸增大。

3.2 橡膠砂芯組合砌塊承載力受橡膠砂固結橡膠砂側向形變與自身模量影響較為顯著。

3.3 從組合砌塊破壞情況可知，可適當增加空心砌塊強度，從而達到增大豎向承載力的目的。

圖5 工況埋深5cm、30%橡膠砂配比、蓋板尺寸11cm＊11cm 組合砌塊破壞示意圖

[7]楊維國,王亞,孫新陽,王萌,劉佩.疊層橡膠支座豎向剛度退化對隔震結構的影響[J].哈爾濱工業大學學報,2019,51(06):162-170.

[8]王斌,譚平,徐凱,周福霖,寧響亮.新型纖維增強工程塑料板夾層橡膠隔震支座力學性能試驗研究[J]. 土木工程學報,2012,45(S1):187.

[9]郭軍林,袁康,李英民.改性砂漿-橡膠束滑移隔震墻試驗研究[J].建筑結構學報,2015,36(S2):230-236.

[10]譚平,徐凱,劉晗,張亞飛,周福霖.村鎮建筑新型簡易隔震技術研究[J].工程力學,2017,34(S1):233-238.

[11]尚守平,張斌,肖逸夫,王振.基礎隔震低層框架結構振動臺試驗研究[J].地震工程與工程振動,2019,39(04):30-40.

[12]李朝暉,張虎元,趙彥旭.輪胎條加筋土工程特性[J].工程勘察,2009,37(06):19-23.

[13]S.N.Moghaddas Tafreshi,A.H. Norouzi.Bearing capacity of a square model footing on sand reinforced with shredded tire - An experimental investigation [J]. Construction and Building Materials,2012,35.

[14]ShanShan Li,Dayong Li,Jun Liu.Mechanical Properties of Scrap Tire Crumbs -Clayey Soil Mixtures Determined by Laboratory Tests [J]. Advances in Materials Science and Engineering,2018.

[15]Richela Maeda, Brad Finney. Water Quality Assessment of Submerged Tire-Derived Aggregate Fills. 2017, 144(2).

[16]歲小溪. 橡膠顆粒-砂混合物的隔震性能研究[D].長沙：湖南大學,2009.

[17]陳彪漢,張廣泰,田虎學,張琪,王玉喜.村鎮建筑疊層輪胎隔震支座豎向力學性能試驗研究[J].建筑結構,2019,49(08):49-52+21.