柔性连体结构高位减震隔震支座浅析

方 坤

中信建筑设计研究总院有限公司（430010）

0 前言

柔性连体结构高位减震隔震支座最初应用在桥梁项目中，在建筑结构中的应用主要是随着建筑减震隔震的发展而逐渐发展的。减震隔震结构主要是按照隔震层的位置划分为基础、层间及高位三种，连体结构根据连接体和塔楼连接方式的强弱划分为强连体结构与柔性连体结构。合理设置连接支座的方式不仅可以有效降低连接体的地震响应，还可以促使连接体的受力从复杂的扭转摆动转变为平动，促使主体塔楼的受力更加合理。对此，探讨柔性连体结构高位减、隔震支座具备显著实践性价值。

1 连接支座工作原理

连接支座首先能够提供可靠的传递连接体的支撑反力，涉及到恒载、活载、地震作用及风荷载引发的竖向力与水平力。连接支座能够消除结构在荷载与温度改变、混凝土收缩与徐变、地震作用之下的变形问题。按照上述的要求，支座本身可以提供承载竖向力的刚度，满足竖向的承载要求，在竖向力最大的情况下，变形会比较小，水平方面带有一定的变形功能，从而为连接体提供温度改变、地震作用之下的水平位移荷载抵抗能力[1]。

2 柔性连接支座的类型

2.1 橡胶类支座

橡胶类支座主要是按照橡胶材料划分为天然橡胶、高阻尼橡胶以及硅橡胶三种类型。按照支座的类型可以划分为叠层钢板橡胶、铅芯叠层橡胶及盆式橡胶三种类型支座[2]。以叠层钢板橡胶支座为例，这一种支座主要是通过薄橡胶片与支座内部的夹层薄钢板相互叠加，借助加压硫化的处理工艺，以中心作为空心孔，确保支座受热均匀。在水平力影响之下，叠层钢板支座在剪切变形的过程中，钢板不约束橡胶的剪切变形，支座的水平刚度会直接决定橡胶本身的硬度及橡胶片的厚度。在竖向荷载力影响之下，橡胶片和钢板都会向着径向变形，钢板变形相对于橡胶片变形比较小，钢板约束橡胶的变形量，此时支座的垂直变形会比较小，这也显著提升了支座的竖向刚度。支座应用橡胶的不均匀弹性压缩可以实现支座的转动，此时可以应用剪切变形的方式完成支座水平位移。为了预防内置的加劲钢板锈蚀和橡胶片的老化，支座的表面及周边会采取橡胶保护。

2.2 摩擦摆式支座

摩擦摆式支座主要原理是钟摆原理，借助结构的上下摆动及接触面的摩擦实现结构自振周期的延长，以耗散输入的地震能量，实现自我复位，借助结构自身的重量强化承载能力。摩擦摆式支座主要是按照隔震作用的不同划分为滑动面朝上、滑动面朝下两种支座[3]。

摩擦摆式支座主要是将结构物和地面隔离开，借助改变固有振动频率与滞回效应的能量消散功能促，使结构不会因为地震而遭受影响。摩擦摆式支座的合理应用可以有效降低传递期间侧向力与水平振动的影响。在强地震的影响之下，摩擦摆式支座可以促使传递到结构的地震力下降，借助摩擦面的曲率可以促使回复力的形成。这一种结构类似于上部发生单摆，借助调整曲率半径的方式控制支座的周期与刚度，从而促使整个结构固有频率得到调整。

2.3 滚动类支座

滚动类支座是新型的隔震支座，其主要原理在于借助滚珠、滚动轴的自由转动促使结构和被隔震层发生相对运动，支座可以将结构和地震作用隔绝，有效克服叠层橡胶支座无法应用于长周期水平振动的缺陷。传统的滚动类支座复位能力相对较差，无法抵抗竖向地震的作用，所以只能够应用在连接体位置相对比较低的连体结构当中。以SMA滚动隔震支座为例，这一种支座结合了SMA丝，应用超弹性效应形成一个机遇记忆合金的支座，形状记忆合金本身带有记忆效应与超弹性滞回性能、高阻尼特性，超弹性性质则是温度超过合金丝奥氏体相变结束温度的同时，如果温度不会发生改变，此时只需要拆除荷载，材料便可以逆向转回到母相形状，变形会完全消失，支座应用形状记忆合金超弹性滞回功能降低结构的振动响应。

3 结语

文章简要分析柔性连接支座，认为柔性连体结构高位减震隔震支座具备原理简单、竖向承载力强、耗能强、可自复位、使用寿命长等优势，可以有效应用在连接体位置相对较高及连接体自身刚度较弱的柔性连体结构中，具备多种性能优势，可以作为常规方案推广。