橡胶支座是由橡胶片和钢片层叠组成的制品。使用时将支座安装于建筑物和基础之间,建筑物施压后橡胶产生的横向变形被钢板约束,形成竖向刚、横向柔的特性。竖向刚确保其有一定的承载力,能稳定支承建筑物的重量;横向柔使之有一定的变形能力,确保建筑物在强震下不会出现失稳现象。支座还要有足够长的耐久性,至少要长于建筑物的设计基准期。为了提高支座的吸能效果,可在普通叠层橡胶支座中部加入铅棒制成铅芯叠层橡胶支座。加入铅棒除能增加支座的阻尼作用外,还能增加支座的早期刚度,对控制风反应和抵抗地基的微震动有利。加入铅棒的直径应根据设计要求通过计算确定。
①力学性能
(1)竖向力学性能要求:叠层橡胶支座当承受竖向荷载时,由于钢板约束橡胶的横向延伸,使橡胶层处于受三向压缩应力的状态,其结果是提高了竖向刚度,较大程度发挥其承载能力。叠层橡胶支座基本的性能要求是应具有*承载能力。如果支座总厚度相同,每层橡胶片厚度越薄,层数越多,竖向刚度越大,承载能力就越大;反之,每层橡胶片越厚,层数越少,竖向刚度越小,承载能力就越小。如橡胶支座装有铅芯,它并不承受荷载,不影响支座承载力。
(2) 水平力学性能要求:叠层橡胶支座在承受竖向荷载P恒定的条件下,在横向荷载Q的作用下产生变形占,当变形率≤200%时Q一曲线几乎为一直线。变形较大时,刚度随荷载Q增加而提高,Q一曲线呈非线性。横向变形会引起竖向沉降,通常为mm左右,可忽略不计。支座破坏时的变形能力即为水平极限变形能力。
拉伸变形:横向变形过大时,支座的橡胶层会产生拉伸应变。与受压状态相比,受拉时的应力一应变曲线呈双线型。拉伸应力在某一数值前表现为弹性;超过这一数值,则表现为屈服;过屈服点后,虽外观未见损伤,但内部由于受拉伸变形作用会产生许多空孔。严重时会出现橡胶层断裂或橡胶/钢板界面黏合破坏。破坏时的横向变形超过400%
②耐久性
橡胶材料在使用过程中,在光、热、氧、臭氧和机械应力作用下分子发生断链,性能变坏的过程称之为老化。橡胶支座胶料采用优良的耐热氧化和耐疲劳配方,具有良好的抗大气老化和耐压缩疲劳性能,加上橡胶支座是大体积制品,其内部不易受环境降解作用的影响,本身耐老化性能比较优良。由于叠层橡胶支座放置建筑物的底部,必须考虑不同地区的气候特点。如南方应考虑耐热性,北方应考虑耐寒性,高原地区应考虑耐紫外线辐射等特 点。其耐久性要与建筑设计基准期相符合,国内外通过对橡胶支座及其胶料加速老化试验,以及实际调查和分析,认为橡胶支座中橡胶的老化只涉及周边部分,内部仍保持原形态,蠕变、松驰很小,且逐步趋于一个稳定值,实际使用可达80年以上,可以与建筑物使用寿命同步甚至超过。在国外,已有桥梁橡胶支座使用超过10年而保持性能稳定的先例。因此在正常使用、维护的条件下,完*满足《建筑隔震橡胶支座》标准中规定的“具有不少于60年设计工作寿命”的要求。
③阻尼性能
橡胶是一种具有粘弹性的高分子材料,当它受到交变应力(如地震波)作用时,其分子链段运动要克服阻力,其形状往往滞后于应力变化。这种滞后的结果就能将外力转化为热能,热量的消散就使振动的振幅降低,这一现象称为阻尼。阻尼的大小反映减震效果的大小,用损耗系数n来表征。不同种类橡胶有不同的值。一般说在常温下天然橡胶和顺丁橡胶的n值较小,丁苯橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、聚氨酯橡胶和硅橡胶的值中等,丁基橡胶和丁睛橡胶的n值较大。
