砂与橡胶粒隔震垫层的抗震性能分析

(广州大学、广州大学工程抗震实验中心 广东 广州 510000)

一、引言

我国废旧轮胎的产生量逐年增加至2020年，废旧轮胎重量超过2千万吨[1]，而这些废弃轮胎的原材料是由很多难熔或者不熔的多种高分子结构稳定有机质构成，具有耐久性、难分解、难熔、燃易污染环境；橡胶粒作为隔震垫层可以解决二次利用的新技术和新方法[2-3]；砂则是低廉、使用广泛的隔震材料；橡胶粒与砂土混合具有良好的经济与环保效益和有较好的工程效益。

二、振动台试验

(一)试验材料和试样制备

试验所用的广州大学抗震中心振动台是美国MTS公司设计、制造的大型三向模拟地震振动台，台面3mx3m,最大负荷25吨;东华测试的加速度三向传感器(DH311)；采用圆形叠层剪切变形土箱(半径为1m)能够降低模型土箱侧壁的边界效应影响，体现三向橡胶砂垫层的隔震性能分析。上部结构以乡镇的三层民房为背景，层高为0.3m,平面尺寸为0.6m×0.5m，主频率3.1324Hz。

试验时土层分层加土压实并布置三向加速度传感器；结构层加入300kg的铅块配重，并分层安装三向加速度传感器和位移、沉降传感器测定经过砂与橡胶粒混合隔震垫层后的加速度时程曲线。振动台试验中传感器布置、试验装置和隔震层材料见图1，试验方案设计如表1。

图1 振动台试验准备

加载序号输入波类型输入方向及大小时间或系数1白噪声扫频三向:0.1g15s2Kobe波Y:0.4g0.17783EI波Y:0.4g0.17784EI波X+Y+Z:0.4g0.17785Kobe波Y:0.6g0.17786EI波Y:0.6g0.17787EI波X+Y+Z:0.6g0.17788白噪声扫频三向:0.1g15s

(二)振动台加速度反应结果对比分析

试验通过对在不同地震波、不同入射方向上条件下振动台试验，对采集的试验数据进行了过滤处理，后提取加速度的最大值进行比较，所有实验结果图2(a-j)图纵向坐标0表示砂顶到面位置，-1表示，1、2、3分别表示上部结构楼层顶板号。在Y方向地震波下，土层和结构层有橡胶砂垫层和无橡胶砂垫层加速度最值对比，都是有所减小的，0.6g平均减震效果15%以上、最大减震效果33%；0.4g平均减震效果9%以上，最大减震效果24%，地震越大橡胶砂垫层减震效果越好。在X+Y+Z方向地震波下，土层和结构层有橡胶砂垫层和无橡胶砂垫层加度值对比，都是有所减小的，说明橡胶砂垫层具有三向隔震的效果;三向地震波的X向平均减震效果7%以上、最大减震效果13%，在三向地震波的Z向平均减震效果17%以上、最大减震效果34%。故Z向橡胶砂垫层隔震的效果比较好。

图2 橡胶砂隔震垫层加速度反应(其中红圆点线表示有橡胶砂垫层，反之则无)

三、结论

(1)在单向水平地震作用下，橡胶砂垫层随着地震波的越大，隔震效果越好，且0.6g地震波时最大减震效果能达到33%。

(2)在三向地震波作用下，基本满足单向水平地震橡胶砂垫层隔震效果，三向平均隔震效果15%以上；其中Z隔震效果最好，减震效果高达34%。