高阻尼隔震橡胶支座的阻尼性能试验研究

曾令子熊经雄邱戈

曾令子熊经雄邱戈

武汉臣基工程科技有限公司湖北省武汉市430120

摘要：通过不同剪应变剪切试验研究了高阻尼隔震橡胶支座（HDR）的等效阻尼比的剪应变和温度相关性，研究结果表明：不同的剪应变下，支座的等效阻尼比都在18%以上，具有稳定的阻尼比；在温度相关性试验中，支座的等效阻尼比值低于15%，低温环境下支座的水平等效刚度比常温下要高。

关键词：高阻尼隔震橡胶支座；等效阻尼比；剪应变；水平等效刚度；温度

Abstract：TheequivalentdampingratioofHDRunderdifferentstrainamplitudeandtemperatureenvironmentwerestudied.Basedonstrainamplitudetestingresult，theequivalentdampingratioofthebearingwasover18%andwasstable.Basedonthetemperaturecorrelationtestingresult，theequivalentdampingratioofthebearingwaslessthan15%.Thehorizontalequivalentstiffnesswashigheratlowtemperature.

Keywords：HDR；equivalentdampingratio；strainamplitude；horizontalequivalentstiffness；

temperature

1引言

HDR具有阻尼效果的橡胶制成，隔震性能好。它由橡胶层和钢板硫化处理后结合组成，并在某些方面与标准的弹性支座类似。传统的隔震橡胶支座，往往在温度和交通荷载作用下，阻尼性能大幅度下降[1][2]。同样，寒冷地区高阻尼隔震橡胶支座因其材料本身的性质，它的阻尼性能和温度变化有较强的相关性，随环境温度而降低。同时国内高阻尼隔震橡胶支座的试验研究，前期报道的只限于标准及经验在设计水平剪应变为100%范围内进行水平剪切性能检测，具有局限性[3]。

针对此问题本文详细研究了HDR的等效阻尼比的剪应变相关性，并加强了HDR在温度影响方面的力学抗震性能研究。

2试验内容

为详细研究HDR的阻尼性能，试验选取方形的高阻尼隔震橡胶支座F420×420，橡胶层厚度72mm，在25000kN压剪试验机进行剪切实验。所有压剪试验均进行4圈，试验结果以第3圈为准。相关性测试间隔时间至少8h。剪应变、温度相关性相关性试验加载频率均为0.05Hz，加载压应力均为6MPa。温度相关性试验剪应变为175%。

3试验结果分析

3.1剪应变相关性试验结果

从表1中可以看出，高阻尼隔震橡胶支座，随着温度的降低，水平力学性能逐渐降低，水平等效刚度并随着应变幅值有明显的变化，有利于隔震。

由于低温下，高阻尼橡胶处于低温状态，接近于玻璃态，受力变形较小，温度越低，高阻尼隔震橡胶支座屈前刚度较大。相比而言，在正常使用温度条件下，高阻尼隔震橡胶支座屈前刚度较小，隔震时得到的周期就越长，有利于隔震。

低温条件下，阻尼性能的影响，由于高阻尼橡胶材料普遍存在阻尼性能受温度变化较大的影响。其阻尼性能在常温及高温条件下，有较高的阻尼性能（T＞Tg时高聚物处于高弹态），而高弹性有时间依赖性，具有力学松弛特性，能够提供较大耗能。但是，在低温状态下，橡胶处于玻璃态并非粘流态，高分子材料松弛时间较短，内摩擦阻尼低，阻尼性能较低，耗能少（温度降低，材料链段运动降低，回缩力降低，维持相同形变所需的作用力降低，抵抗变形的能力降低）[5]，尤其是低温-25℃条件下，阻尼性能影响较大。

4结论

高阻尼隔震橡胶支座有较高的粘滞阻尼，在常温条件下具有较好的阻尼性能，等效阻尼比在18%以上。剪应变相关性试验得出，等效阻尼比基本不随着应变的变化而变化，所以高阻尼隔震橡胶支座的阻尼性能对于剪应变有很强的稳定性。温度相关性试验可以看出，高阻尼隔震橡胶支座阻尼性能受低温影响较大，尤其是低温-25℃条件下，阻尼性能影响较大。若要考虑其低温环境下使用，尚需做更进一步的研究。寒冷地区高阻尼隔震橡胶支座因其材料本身的性质，支座的阻尼性能和温度变化有较强的相关性，随环境温度而降低。

参考文献：

[1]庄军生.桥梁减震、隔震支座和装置[M].北京：中国铁道出版社，2012：121-162.

[2]YMasashi，MShigeo，YonedaH，HMasahiko.Nonlinearbehaviorofhigh‐dampingrubberbearingsunderhorizontalbidirectionalloading：full‐scaletestsandanalyticalmodeling[J].EarthquakeEngineering&StructuralDynamics.2012，41（13）：1845-1860.

[3]庄学真，沈朝勇，金建敏.桥梁高阻尼橡胶支座力学性能试验研究[J].地震工程与工程振动，2006，26（5）：208-212.

[4]朱昆.高阻尼橡胶支座力学性能及其隔震效果分析研究[D].武汉：华中科技大学，2009.

[5]薛晓锋，胡兆同，刘健新.高阻尼橡胶耗能性能研究[J].公路交通科技，2006，23（3）：71-73.