抗拉隔震橡膠支座的性能研究

李詩瑤，趙慶兵，陸 浩，張 航，李金寶，趙潤梅，王賢彬，管慶松

（震安科技股份有限公司，云南 昆明 650041）

為解決隔震橡膠支座拉伸性能差的問題[1-4]，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，國內(nèi)外研究人員對抗拉隔震裝置進行了大量的研究，目前所公開的抗拉隔震裝置主要分為4大類[5-8]：一是形狀記憶合金絞線類抗拉隔震裝置，二是加勁類抗拉隔震裝置，三是變構(gòu)造類抗拉隔震裝置，四是純剛性抗拉隔震裝置。以上類型的抗拉隔震裝置，由于成本較高，體積龐大，使用不便，甚至因影響支座水平性能等因素不利于推廣運用。目前已知的已工程運用的抗拉隔震裝置有日本東京杉并花園城使用的高強度隔震橡膠支座，可承受2.5 MPa以上的拉應(yīng)力[9]。苗啟松等[10]設(shè)計的可提離扣蓋式的抗拉隔震裝置，采用“放”的理念，在建筑發(fā)生傾覆時，支座連接板與提離扣蓋分離，使支座不受拉，而在提離過程中采用其他裝置耗能。

從實際工程運用的角度考慮，抗拉隔震裝置需要在提升隔震橡膠支座拉伸性能的同時保持現(xiàn)有隔震橡膠支座的優(yōu)良性能才能使其推廣運用更加順暢[11-17]，更具市場競爭力。因此，本公司研發(fā)了一種抗拉隔震橡膠支座，并對其力學性能進行了試驗研究。

1 試驗設(shè)備及試件

1.1 試驗設(shè)備

試驗設(shè)備為濟南三越測試儀器有限公司生產(chǎn)的伺服壓剪試驗機（如圖1所示），最大拉伸載荷為3 500 kN，最大水平荷載為8 000 kN，最大堅向壓縮荷載為35 000 kN，最大水平行程為±1 000 mm，最大堅向行程為1 200 mm。

1.2 試件

試件為震安科技股份有限公司研發(fā)的D600抗拉隔震橡膠支座（兩試件分別記為TRB600-01和TRB600-02），試件基本結(jié)構(gòu)參數(shù)為橡膠層總厚度 112 mm，支座第一形狀因數(shù)（S1）24，支座第二形狀因數(shù)（S2）5.4，支座總高度 222 mm。

2 試驗內(nèi)容及加載方法

2.1 基本力學性能

抗拉隔震橡膠支座的基本力學性能按常規(guī)方法進行測試。

2.2 拉伸性能

對TRB600-01支座進行拉伸性能測試，工況如表1所示。

表1 TRB600-01支座拉伸性能測試工況Tab.1 Test conditions for tensile properties of TRB600-01 bearing

2.3 水平極限性能

在15 MPa壓應(yīng)力下，對TRB600-02支座進行水平極限性能檢測，檢測之前先進行100%剪應(yīng)變水平力學性能測試。

3 結(jié)果與討論

3.1 基本力學性能

抗拉隔震橡膠支座基本力學性能測試結(jié)果如表2所示，抗拉隔震橡膠支座堅向壓縮和水平剪切試驗曲線如圖2—5所示。

表2 支座基本力學性能Tab.2 Basic mechanical properties of bearing

3.2 拉伸性能

TRB600-01支座的拉伸性能測試結(jié)果如圖6所示。

從圖6可以看出：TRB600-01支座在拉伸位移16.15 mm附近發(fā)生屈服，屈服力達978.4 kN，對應(yīng)拉應(yīng)力為3.5 MPa，拉伸剛度為77.5 kN·mm-1；支座在拉伸位移458.4 mm（對應(yīng)極限拉應(yīng)變?yōu)?09.3%）附近，螺栓斷裂，支座未發(fā)生破壞，最大力達1 678.4 kN，對應(yīng)拉應(yīng)力為5.96 MPa。支座每次拉伸后再次拉伸，其屈服拉應(yīng)力和拉伸剛度均有所下降，這是因為支座拉伸屈服后橡膠內(nèi)部出現(xiàn)了損傷，產(chǎn)生了孔洞。

TRB600-01支座拉伸后常規(guī)力學性能變化情況如表3所示。

從表3可以看出，TRB600-01支座拉伸后力學性能變化率不超過±15%，支座拉伸后仍能保持良好的隔震效果。

表3 TBR600-01支座拉伸后常規(guī)力學性能變化情況Tab.3 Changes of conventional mechanical properties of TBR600-01 bearing after tension

3.3 水平極限性能

TRB600-02支座的水平極限剪切性能測試曲線如圖7所示。

從圖7可以看出，TRB600-02支座在水平位移560 mm時未發(fā)生破壞，極限剪應(yīng)變達500%，水平最大剪切力為1 848.3 kN，試驗結(jié)束后支座外觀無破損、無異常，試驗曲線光滑無異常。

4 結(jié)論

（1）抗拉隔震橡膠支座的屈服拉應(yīng)力達3.5 MPa，極限拉應(yīng)力超過5.96 MPa，極限拉應(yīng)變大于400%，拉伸性能較普通橡膠支座大幅提高。

（2）抗拉隔震橡膠支座極限剪應(yīng)變不小于橡膠層總厚度的500%，較國內(nèi)外同類型產(chǎn)品更為 先進。

（3）抗拉隔震橡膠支座拉伸30%和100%后，常規(guī)力學性能較拉伸前變化不超過±15%，拉伸后仍然保持原有的隔震效果。

（4）抗拉隔震橡膠支座在不增加任何附屬裝置的前提下提高了隔震支座的拉伸性能，成本和可靠性較大多數(shù)抗拉隔震裝置有優(yōu)勢，值得在高層建筑上推廣運用。