橡胶砂芯组合砌块隔震墩竖向承载力研究

李杨胜

（湖南工业大学土木工程学院，湖南 株洲412007）

我国西南偏远地区地震频发且经济落后，乡镇低矮房屋多为砌体结构，且建筑环境多为山区，建筑及地基抗震隔震效果较差，难以抵抗地震灾害[1-3]。而现代常见隔震系统多为橡胶隔震支座和滑动摩擦支座等装置[4-7]组成，其抗震隔震措施复杂、造价昂贵、施工不便，难以在乡镇地区推广应用；也有研究人员对以上装置进行改良及创新，以期得到能够适用于乡镇隔震抗震的装置[8-11]。

近年来，随着经济与汽车制造业发展，车辆的更新换代，废旧轮胎的处理方式成为了环保部门的一大难题。废旧轮胎破碎后的橡胶颗粒与砂土混合后作为填充料能够改善土壤力学性能[12-14]，同时对地下水资源影响较小[15]，有利于环境保护，而橡胶颗粒自身以其密度小、弹性吸能较好等特点与砂颗粒混合后形成的橡胶砂（Rubber Soil Mixture,RSM)具有良好的抗震性能，国内外学者对其工程力学特性进行了大量试验研究。岁小溪[16]通过对RSM 动力特性及隔震性能研究得出RSM 具有较小的剪切刚度及较大的阻尼比，证明了RSM 良好的隔震性能，同时指出RSM 竖向稳定性有待进一步提高。陈彪汉[17]提出一种利用废旧轮胎切割成橡胶片叠加而成的简易隔震支座，对其进行竖向极限承载力试验。通过对该支座不同压应力以及层数的竖向压缩刚度研究，经分析该试验装置竖向承载性能较为稳定，适合作为低层房屋建筑隔震结构。

为研究橡胶砂芯组合砌块的力学性能，作者对单个组合砌块进行竖向承载力试验研究，得到其竖向承载力的研究结果。

1 试验介绍

1.1 试验材料

橡胶砂芯组合砌块是由水泥空心砌块、烧结普通砖、橡胶颗粒及砂颗粒组成，如图1 所示。水泥空心砖由建筑市场预制，在其孔洞内填入一定配比的橡胶砂，采用烧结普通砖作为上部盖板，将其按照不同的长宽尺寸切割成块作为刚性盖板。

试验所用橡胶砂为废旧轮胎破碎后的橡胶颗粒与天然河砂混合所得，颗粒特征见表1。试验所用橡胶砂配比（橡胶颗粒与砂颗粒质量之比）为20%、30%及50%，见图2。

1.2 试验仪器

试验所用仪器为湖南工业大学竖向加载装置，该装置由反力架、拉压传感器、液压千斤顶与手动液压装置组成，试验装置见图3。

图1 组合砌块剖面图

图2 试验用橡胶颗粒、砂颗粒与混合后的橡胶砂

表1 试验材料物理性质

图3 试验装置示意图

1.3 试验工况

试验中主要考虑了橡胶砂芯组合砌块在以下因素对竖向承载力的影响：①盖板尺寸：11×11、10×10、7×11、7×7；②橡胶砂配比（w）：20%、30%、50%；③盖板埋深：5cm、10cm、15cm。试验工况如表2 所示。

表2 橡胶砂芯组合砌块竖向承载力试验工况

表3 不同盖板总位移值

图4 20%、30%、50%橡胶砂配比的试验结果

2 试验结果及数据分析

2.1 力-位移曲线分析

以下给出双孔混凝土三种橡胶砂配比在不同盖板尺寸下的力-位移曲线，由图4 可见，在同一橡胶砂配比下，力-位移曲线呈现位移先增大后放缓的趋势；盖板位移初始增大趋势基本相同，由于本试验中橡胶砂密实度为自然密实，盖板在初始荷载作用下为橡胶砂固结压力；不同配比盖板位移值随着橡胶含量增大而增大，由于橡胶砂橡胶含量逐渐增大，使得橡胶砂自身模量降低，竖向刚度减小从而导致盖板位移值增大。

2.2 盖板总位移值分析

表3 为不同配比下的盖板总位移值，由表可知盖板总位移值受橡胶砂配比与埋深影响较大，随着盖板埋深减小，总位移值逐渐增大，而随着橡胶砂配比增大而增大；图5 为埋深5cm、30%橡胶砂配比、盖板尺寸11cm*11cm 组合砌块破坏示意图，由图可见，其破坏形式为空心砌块涨裂破坏，从而可得其自身承载力受橡胶砂固结橡胶砂侧向形变与自身模量影响较为显著。

3 结论

3.1 橡胶砂橡胶含量逐渐增大，使得橡胶砂自身模量降低，从而其竖向刚度减小，从而导致盖板位移值逐渐增大。

3.2 橡胶砂芯组合砌块承载力受橡胶砂固结橡胶砂侧向形变与自身模量影响较为显著。

3.3 从组合砌块破坏情况可知，可适当增加空心砌块强度，从而达到增大竖向承载力的目的。

图5 工况埋深5cm、30%橡胶砂配比、盖板尺寸11cm＊11cm 组合砌块破坏示意图

[7]杨维国,王亚,孙新阳,王萌,刘佩.叠层橡胶支座竖向刚度退化对隔震结构的影响[J].哈尔滨工业大学学报,2019,51(06):162-170.

[8]王斌,谭平,徐凯,周福霖,宁响亮.新型纤维增强工程塑料板夹层橡胶隔震支座力学性能试验研究[J]. 土木工程学报,2012,45(S1):187.

[9]郭军林,袁康,李英民.改性砂浆-橡胶束滑移隔震墙试验研究[J].建筑结构学报,2015,36(S2):230-236.

[10]谭平,徐凯,刘晗,张亚飞,周福霖.村镇建筑新型简易隔震技术研究[J].工程力学,2017,34(S1):233-238.

[11]尚守平,张斌,肖逸夫,王振.基础隔震低层框架结构振动台试验研究[J].地震工程与工程振动,2019,39(04):30-40.

[12]李朝晖,张虎元,赵彦旭.轮胎条加筋土工程特性[J].工程勘察,2009,37(06):19-23.

[13]S.N.Moghaddas Tafreshi,A.H. Norouzi.Bearing capacity of a square model footing on sand reinforced with shredded tire - An experimental investigation [J]. Construction and Building Materials,2012,35.

[14]ShanShan Li,Dayong Li,Jun Liu.Mechanical Properties of Scrap Tire Crumbs -Clayey Soil Mixtures Determined by Laboratory Tests [J]. Advances in Materials Science and Engineering,2018.

[15]Richela Maeda, Brad Finney. Water Quality Assessment of Submerged Tire-Derived Aggregate Fills. 2017, 144(2).

[16]岁小溪. 橡胶颗粒-砂混合物的隔震性能研究[D].长沙：湖南大学,2009.

[17]陈彪汉,张广泰,田虎学,张琪,王玉喜.村镇建筑叠层轮胎隔震支座竖向力学性能试验研究[J].建筑结构,2019,49(08):49-52+21.