砂与橡胶粒隔震垫层最优配比的研究

2015-04-23王晴晴施建波李玉荣

安徽理工大学学报（自然科学版） 2015年1期

王晴晴，郑威，施建波，李玉荣

(安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南 232001)

基础滑移隔震是指在上部结构与基础之间设置一个隔震层，使结构在发生地震时相对于基础作整体的水平滑动，通过相对滑动和摩擦耗能，有效的限制了能量向上部传递和向下部反馈，减小了建筑物的地震反应。

砂具有价格低廉、取材广泛的特点，是目前国内经常采用的一种滑移隔震材料。近年来，砂垫层隔震法得到了国内外广泛的关注与研究。文献［1］通过砂垫层隔震性能的振动台试验研究，证实随着砂垫层密实度的增加，减振效果有所减小。输入El－Centro 波时，砂垫层厚度增加，减振效果增强;输入正弦波时，厚度对减振效果影响不大。文献［2］也在振动台试验研究中发现，单一粒径的隔震效果相对连续级配的要好，无论何种粒径，随着厚度的增加，减振率有所增加。但采用砂垫层后，建筑物的地震反应并不能消除，只是减小或不放大，仍对建筑物产生影响，且砂垫层没有复位功能，地震后残余位移量较大。

由于橡胶具有较好的弹性性能和抗疲劳性能，与纯砂垫层相比，橡胶粒的加入能够进一步改良砂垫层的隔震性能，使隔震垫层在地震时很快的进入工作状态。橡胶粒的弹性变形能力强，外力移除时能恢复变形。在此基础上，文献［3］提出将橡胶粒作为一种隔震材料，并对橡胶颗粒－砂混合物的动剪切模量进行了试验，研究表明橡胶颗粒的存在可以有效地降低橡胶颗粒－砂混合物的动剪模量。文献［4］通过振动台试验对砂与橡胶粒隔震层的隔震性能进行了研究，发现粒径大的石英砂，其混合垫层隔震效果较好。本文作者通过振动台试验，对在不同橡胶颗粒含量下的混合垫层的隔振减震性能进行研究，为砂与橡胶颗粒混合垫层的实际推广应用提供一些参考。

1 振动台试验

1.1 试验材料

本试验研究对象为砂与橡胶颗粒混合垫层，其中砂为普通石英砂，粒径为6 mm;橡胶颗粒是通过各种废旧橡胶原料加工生产而来，粒径为2～4 mm。砂和橡胶粒按照一定的体积进行混合，材料体积用量筒测量。

隔震垫层底座采用砂箱模拟。砂箱共两个，尺寸均为700mm×200mm×150mm，由2mm 厚的钢板轧制而成，砂箱底部预留孔径为15 mm 的螺孔，用螺栓与振动台进行连接，将砂箱固定在振动台上。

试验所用简化模型以农村自建的二层单跨混凝土框架结构为原型，结构层数为2 层，层高为0.2 m，楼板平面尺寸0.3m ×0.2m，高宽比为2。假设结构各层平面刚度无限大，用5 mm 厚的钢板代替结构各层的楼板，不考虑梁的设置，用螺栓半刚性连接。结构底层用两块不相连的钢板代替，尺寸均为0.2m×0.1m。

1.2 试验设备

试验设备主要有振动台、加速度传感器和动态数据采集仪。振动台为杭州邦威仪器厂的ES－E20 单自由度电动伺服振动台，主要技术参数如表1所示。

试验使用北京波普公司的BZ1110 压电式传感器，主要参数如表2所示。

表1 振动台主要技术参数

表2 压电式传感器主要参数

动态数据采集仪为北京波普公司的WS－5923型综合数据采集仪，将采集到的各通道试验数据传输到所连接的计算机内，提供加速度波形图。

试验时在结构各层中央位置分别放置加速度传感器，测定经过砂与橡胶粒混合隔震垫层后的加速度时程。振动台试验准备情况如图1所示。

1.3 试验方案

试验中砂与橡胶颗粒混合垫层厚度为6 mm，具体试验加载工况:在橡胶颗粒含量分别为0%、30%、35%、40%、45%、50% 条件下，输入正弦波过滤将垫层振密，然后输入EI－Centro 波进行加载试验。输入EI－Centro 波最大加速度为220 gal，持续时间为20 s，积分后的最大位移满足振动台最大位移的要求。试验系统经反复调试后，正式进行振动台试验。