蝶形弹簧减震支座的减震原理综述

李阳 缪骞 谢宝玲 董家承 王正醇

摘 要：文章从减震装置的实际需要出发，对国内外现有的减震装置进行分析比较，研发出了的蝶形弹簧减震支座，蝶型弹簧作为主要减震元件，综合铅芯、橡胶和弹簧完成减震的功能，该套减震装置在结构上有创新，在力学分析过程中满足工作要求。

关键词：蝶形弹簧减震支座；减震；创新

中图分类号：TH135；TH933.202 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）15-0065-02

减隔震装置是高层建筑、桥梁、隧道、地铁、高铁、城际城市高架等工程中广泛应用的重要承力和功能构件，减隔震装置这类工程构件的创新与发展成引起了国家高度的重视。

1 国内外研究现状

目前国内研究比较成型的减震制作有四种[1]。

1.1 橡胶隔震支座

属于隔震产品，可起到一定的隔震效果。橡胶隔震支座在国内外均已得到大量的使用，尤其是日本对震区的建筑或桥梁大部分都设置铅芯橡胶支座。在我国此支座在20世纪90年代起开始应用，现已形成国家标准。

其不适用于软土地的桥梁或建筑，同时产品的质量与橡胶性能有密切的关系，因此必须严格控制橡胶质量，同时橡胶存在老化问题。隔震装置适用于Ⅰ、Ⅱ场地，对于软土地Ⅲ、Ⅳ类场地具有一定的局限性。

1.2 钟摆式隔震支座

属于隔震产品，可起到很好的隔震效果，同时可以根据需要选不同的摩擦系数对于不同的耗能能力，适用于高震区任何桥梁或建筑，同时具有很好的经济性，维护成本也低。

1.3 弹塑性阻尼装置

属于减震产品，具有很强耗能能力，适用于高震区任何桥梁或建筑，同时具有很好的经济性，维护成本也低，国内外均有实际工程应用。欧美地区已大量应用弹塑性钢耗能装置来解决地震问题，国内也已有7个桥梁工程应用。弹塑性钢耗能装置适用于7、8、9度及更高震区。产品特点有阻尼比高、耗能能力强、减震效果明显、耐久性、经济性优，但其在竖直高度上难以控制。

1.4 液压阻尼装置

属于减震产品，具有很强耗能能力，通常是结构增设的耗能体系，特别是维护加固增设的最佳选择，国内外有大量工程应用。液压阻尼装置对于已有工程加固很方便，不需要增设其它结构，同时不影响原有的结构设计。

速度锁定器可以将活动墩在地震时转化成固定墩，分担地震力，有效的利用已有墩进行抗震，具有较高的经济性，但其生产、维护成本较高[2]。

目前国内外支座存在生产、维护成本较高，支座在竖直高度上难以控制，支座材料的抗腐蚀、抗老化性不够，支座在桥梁寿命期内失效等缺陷。

2 蝶形弹簧减震支座的减震原理及其特点

利用蝶形弹簧、橡胶、铅芯设计一种蝶形弹簧组合式减震支座，蝶形弹簧的选用大大增加了结构耗能能力，结构耗能恰是减小结构地震响应重要途径之一；相当数量碟簧叠加形成碟形弹簧组，在地震所产生的动荷载作用下，碟形弹簧一定加载频率以上能够保持较好的耗能能力。随着预压量的增大，组合碟形弹簧件耗能能力增强。在偏心压力作用下水平滞回耗能、水平运动与竖向运动解耦方面均优于同类型支座。碟簧用橡胶包裹，利用橡胶的不均匀弹性压缩实现转角，利用其剪切变形实现水平位移，适用于任何土地结构的桥梁和建筑，同时避免了橡胶因硫化时间、硫化温度和硫化压力造成的橡胶支座的制造缺陷；同时弹簧的中间嵌入铅芯，铅具有屈服能力应力较低、滞回曲线丰满的特点，保证支座在变形停顿期间能够恢复其原有特性。通过研究支座结构，采用橡胶蝶形弹簧作为减震元件，来隔离地震对上部结构的影响， 使建筑物在地震时只产生很小的振动， 不致造成结构和设施的破坏， 并能保证结构物上的重要设备和仪表正常运行。合理安排蝶形弹簧的组合状态，可以达到减震的功能，且能够降低支座的结构高度，从而承受大载荷。

3 减震支座的设计模型简化

一单跨的简支梁，如图1所示。一端为碟形弹簧减震支座，另一端为滑动支座，由于滑动支座的摩擦系数很小，不会约束梁与墩台的相对错动，并假定桥台刚都很大，不产生变形，则可将图1a所示的单跨简支梁化为图1b所示的计算模型。

其自由震动方程可写成：

作用于桥梁结构上的地震力，是与动力放大系数β有关的，动力放大系数β的大小又取决于场地土和结构物的固有周期，因此通过减小支座的刚度，加大支座的阻尼可延长系统的固有周期，与场地土的卓越周期相隔离，从而减小动力放大系数β。

支座的刚度和阻尼同时也会影响到系统的位移和相位，因此，通过调节支座的刚度和阻尼也可达到控制位移的目的。

4 结 语

蝶形弹簧减震支座的研发，不仅解决了现有减震装置存在生产、维护成本较高，支座在竖直高度上难以控制，支座材料的抗腐蚀、抗老化性不够，支座在桥梁寿命期内失效的问题，也满足国家对减震支座的需求。

参考文献：

[1] 丁攀攀.国内建筑隔震橡胶支座的研究现状与进展[J].橡胶工业，2009，

（56）.

[2] 穆祥纯.论新型桥梁支座在城市桥梁建设中的创新发展[J].特种结构，

2012，（3）.