建筑隔震橡膠支座鉛芯與橡膠體的間隙對支座性能影響的研究

谷立寧，趙貴英，張紅永，張學文，李浩冉

(衡橡科技股份有限公司，河北 衡水 053000)

鉛芯隔震橡膠支座由鉛芯、橡膠層、鋼板等疊層粘結而成。在水平剛度方面：薄鋼板不影響橡膠板的水平變形，因而保持了橡膠固有的柔韌性，為支座提供了水平向柔性和恢復力的功能，從而達到延長結構周期的目的。通過調整鉛芯的面積，可以改變鉛芯支座的阻尼比，能有效的吸收地震能量。因此，鉛芯隔震支座是一種既具有較高承載性，又具有較大阻尼，大水平位移和復位功能的集支承與耗能于一體的減震裝置。

目前理論中一般認為支座結構及橡膠材料一定的情況下，鉛芯的面積尺寸影響著支座水平性能及阻尼比。本文通過試驗研究發現除鉛芯的面積尺寸影響支座的水平性能外，鉛芯與橡膠體之間的間隙也是支座的水平性能及阻尼比的影響因素。

1 鉛芯隔震橡膠支座水平性能計算

目前GB 20688.3—2006中附錄D.3中鉛芯橡膠支座的剪切性能中提到屈服后剛度：

水平等效剛度：

Kr—鉛芯橡膠支座嵌入鉛芯前的水平等效剛度。

式中各符號含義：

Ckd(γ)—鉛芯橡膠支座屈服后剛度的修正系數；

γ—剪應變；

Kp—鉛芯橡膠支座中鉛芯的水平等效剛度；

Qd—鉛芯的屈服力；

Tr—支座橡膠層的總厚度；

G—支座橡膠的剪切彈性模量；

A—支座的有效承壓面積。

由式中可知，理論上在其他條件相同的情況下，隨著屈服力數值的增大，鉛芯橡膠支座的屈服后剛度、水平等效剛度的數值也相應變大。

在實際生產過程中，由于生產條件的限制（如支座出模厚度存在偏差）、材料批次差異等方面的原因，鉛芯與橡膠支座之間存在一定的間隙現象是無法避免的。而在實際檢測過程中發現，由于鉛芯與橡膠支座的間隙變小，存在著隨著屈服力數值的增大，鉛芯橡膠支座的屈服后剛度、水平等效剛度的數值變小的情況。

2 鉛芯間隙對鉛芯橡膠支座性能影響的對比試驗

試驗通過對15塊LRB-D600×177的鉛芯橡膠支座的100%水平性能試驗，試驗時每塊支座水平性能試驗檢測3次，分別為放入鉛芯試驗、鉛芯處增加一個D110×5的鉛片、增加兩個D110×5的鉛片3次試驗。

由表3數據及圖1至圖4可以看到，由于增加的鉛片填充了支座鉛芯與支座預留孔之間的間隙空間，因此鉛芯的剪切面積及相關的屈服力整體上處于逐漸增大的狀態，而屈服后剛度、水平等效剛度處于數值逐漸變小的情況。且無鉛片到一層鉛片變化明顯比一層鉛片到兩層鉛片變化大。支座結構信息及理論性能分別如表1、表2所示。

圖4 各支座等效阻尼比變化趨勢圖

表1 支座結構信息

表2 理論上支座性能參數（設計承壓12MPa）

表3 各支座試驗結果

通過圖5～圖19對試驗數據的曲線圖分析，由于無鉛片時鉛芯與橡膠體之間預留了3mm的間隙，因此支座的試驗曲線呈現類似高阻尼支座的柳葉形現象。柳葉形狀態下，由于初始屈服力數值較低，而曲線尾端力值明顯增大。因此代表水平等效剛度、屈服后剛度的曲線斜率較大——數值較大。

圖1 各支座水平等效剛度變化趨勢圖

圖2 各支座屈服后剛度變化趨勢圖

圖3 各支座屈服力變化趨勢圖

圖5 01號支座試驗曲線

圖6 02號支座試驗曲線

圖7 03號支座試驗曲線

圖8 04號支座試驗曲線

圖19 15號支座試驗曲線

圖9 05號支座試驗曲線

圖10 06號支座試驗曲線

圖11 07號支座試驗曲線

圖12 08號支座試驗曲線

圖13 09號支座試驗曲線

圖14 10號支座試驗曲線

圖15 11號支座試驗曲線

圖16 12號支座試驗曲線

圖17 13號支座試驗曲線

圖18 14號支座試驗曲線

通過增加鉛片，鉛芯與支座之間的間隙減少，試驗曲線柳葉形的現象減少。屈服力初始點上移，而曲線尾端上挑現象消除，因此代表水平等效剛度、屈服后剛度的曲線斜率降低——即數值降低。

經理論分析由于添加一個5 mm鉛片后，鉛芯與支座之間的預留間隙由3 mm降低為1.5 mm。添加兩個5 mm鉛片后，鉛芯與支座之間的預留間隙消除。從以上結果可以看到，間隙3 mm到1.5 mm的變化明顯大于間隙1.5 mm到無間隙之間的變化。因此鉛芯與支座之間的間隙存在一個臨界值，此臨界值會引起支座性能的明顯變化。

3 結語

通過以上分析可以看出，鉛芯與橡膠體之間的間隙對于支座性能存在較大影響，易造成支座設計與生產調整方向的偏差。

由于生產條件等方面的限制，鉛芯與支座之間的間隙是客觀存在的現象，因此建議支座試驗存在偏差的情況下，不能簡單地按照偏差對支座進行設計及原材料方面的調整，應充分分析試驗曲線，看是否存在鉛芯與支座間隙較大的情況。同時有時可以通過對鉛芯與支座間隙的調整，來調整支座成品的性能參數。