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高度可调隔震橡胶支座(T-LRB、T-LNR)

是一种由多层橡胶和多层钢板交替叠置而成,并且具有高度可调功能的隔震装置。我公司科研人员经过反复试验、分析和计算,于2001年提出本技术,2003年在辽宁抚顺成功应用,2004年通过国家地震局组织的专家鉴定,2005年申报国家专利(ZL 2005 1 0010557.4)。

产品类型

技术背景简介

采煤沉陷给地面建筑造成的破坏十分严重,近几年,我国因采沉造成的经济损失年均千亿元。对建筑而言,采沉的破坏机理为:地下采煤后回填不密实,以采煤区上方覆盖物在重力作用下向下移动,寻求新的平衡位置,产生的后果就是地面下沉,而且常常是不均匀下沉,如果地面上有建筑物,由于重力作用,则建筑物各部位将随同地面发生趋势相同的不均匀沉降,从而导致建筑物竖截面受剪切、牵拉,当这样的作用超过建筑物的承受能力时,建筑物将破坏(常见内外墙贯通斜裂缝)或倒塌。
1976年唐山大地震和2008年汶川大地震显示,震后沿垂直断层破裂迹线,地表高度逐渐下降,如果这一区域存在房屋、桥梁、管线支架等工程结构,将因这样的地基不均匀沉降而发生破坏。
以往,针对采沉破坏,采取的技术对策为:将建筑物分隔成单体面积较小的多个独立单元,这样每个单元两端边界的差异沉降就减少了。但是,这样做法(分块法)会增加建筑构件(主要是墙体),减少使用面积,并且成本也显著提高。
针对采沉和地震断层产生的不均匀沉降对地面建筑物的破坏,我公司在国家大力度支持下,开展系列研究,终于在2001年攻克了这一难题,2003年在辽宁抚顺成功应用,2004年通过国家地震局组织的专家鉴定,2005年申报国家发明专利并获批(专利号ZL 2005 1 0010557.4)。这一技术不但克服分块法的缺点,还具有抗震能力强的显著优点。



本项技术主要功能

1.具有传统橡胶隔震支座相同的功能,即通过隔震层的较大位移,延长结构自振周期使得结构的地震影响系数大大减小,大幅降低由地表传给上部结构的地震力;
2.当断层导致地基基础出现相对落差时,可以通过调整标高较低一侧的隔震支座高度,恢复上部结构平整。

适用范围

本支座适用于因地质灾害造成的地层断裂带区域内、8层以下:新建房屋工程、既有房屋倾斜加固处理及采沉区土地综合利用项目。

支座抗御差异沉降基本原理

当正断层或逆断层造成房屋倾斜时,如果房屋安装了高度可调隔震橡胶支座,通过橡胶气垫千斤顶把沉降多的部位顶升回来,就可使得房屋基底标高基本恢复到原设计水平,将支座与承台梁之间的缝隙用垫片塞紧,重新紧固连接螺栓,房屋可正常使用。


断层类型

地壳运动产生的应力超过岩石的强度时,岩层出现断裂,如果多次运动,断裂面将扩展为一个几米到几千米宽的破碎带。依据断裂面两端岩层运动方向的不同,可以定义正断层、逆断层和走滑断层,见图1-1。与一般场地相比,构造断层的两盘相对运动一般有两种特殊表现形式。其一是发震时断层上下盘地震动幅值和波形有较大差别;其二是断层两盘有缓慢的相对运动。本项技术还可以抗御断层的产生的地表差异沉降以及走滑型的相对变形。
当走滑断层作用时,图1.2显示最不利情况。隔震层以下随着断层两盘发生变形,由于橡胶隔震支座具有很大的水平变形能力(橡胶本身可达400%以上),断层两盘的相对运动大部分由支座自身的水平切向变形所抵消,因而可以保护上部结构的安全。

段层的主要类型

走滑断层作用时隔振支座的变形模式

设计要点和实施步骤

对于新建房屋:
1.满足《建筑抗震设计规范》(50011--2010)之第12章各项要求,特别是确保隔震层以上结构自振周期不大于1.0秒;
2.隔震层盖梁横截面双向配筋,以适应未来顶升调整受力需求;
3.保证支座下承台梁层和支座上盖梁层的整体性,以达到抗御断层产生的相对变形。

            对于既有倾斜房屋:
只要可以实现隔震层上下的结构条件,就可以按如下步骤实施:
(1)安全防护:对房屋整体、局部进行必要的支撑、防护,保证破损房屋治理期间的安全;
(2)开挖:针对具体情况,制定需要顶升的部位,并据此确定基础开挖的范围和深度。开挖的目的是为分割基础和地基创造作业空间;
(3)切断:在承台底面标高处切断设计范围内的桩,并将切口大致整平。切断顺序是由内向外,并使用木枕作临时荷载托换;
(4)顶升:根据现场设计,将适当数量的气垫千斤顶塞入切断后的桩顶,气垫充气到稍高于设计高程,用枕木托换,气垫放气,撤除,在桩顶安装隔震支座;
(5)基础防护:切口上下用钢构件加固,并用高流动性细石子混凝土将切口封闭;
(6)基础回填、夯实;
(7)上部结构整修:墙体采用钢丝网水泥砂浆加固。

我国现行建筑抗震设计规范的基本原则是“小震不坏,中震可修,大震不倒”。采取上述措施后,通过橡胶隔震作用,可以大幅降低传递到上部结构的地震荷载,在中等以下地震作用下,保证上部结构主要构件不出现损伤;高度可调的功能可以发挥作用,将上部结构恢复水平状态,实现中震可修的目标。当遭遇大震作用时,由于隔震功能能够保证传递到上部机构的地震荷载不至于造成机构体系严重损伤,不能造成倒塌。总体而言,能够满足抗震设防目标“小震不坏,中震可修,大震不倒”。

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