一种FRP布加劲聚氨酯高阻尼隔震支座

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，尤其是涉及一种FRP布加劲聚氨酯高阻尼隔震支座。

背景技术

板式橡胶支座以其构造简单、安装方便、价格低廉、养护简便、易于更换等特点得到广泛应用。在竖向力作用下，通过加劲钢板与橡胶层的粘结作用限制橡胶的横向膨胀，从而使橡胶达到三轴受压状态，提高支座竖向刚度和竖向承载能力，但钢板的存在一定程度上牺牲了橡胶的厚度，降低了支座的水平位移。此外，天然橡胶的耗能能力差，在剪应变达到150％时支座等效阻尼比只有0.05左右。

为了提高板式橡胶支座的耗能能力，铅芯橡胶支座和高阻尼橡胶支座是国内外大量采用的替代方案。但已有试验表明铅芯橡胶支座的橡胶在低温条件下存在硬化现象，在低周疲劳作用下会发生剪切破坏，会大幅削弱支座的阻尼性能；此外铅芯橡胶支座所用的铅要求是高纯度、不含任何杂质的铅，这对于生产要求较为苛刻；同时在支座的生产和使用过程中，铅将对环境造成无法弥补的污染。传统高阻尼橡胶支座的水平位移能力较小，无法充分发挥高阻尼橡胶的耗能优势；同时高阻尼橡胶支座温度敏感性较高。

CN205775815U公开了一种桥梁聚氨酯叠层隔震支座，包括上预埋钢板和支座本体，支座本体为聚氨酯弹性体，截面为圆形或矩形；上预埋钢板边缘设置向下伸出凸缘，形成与支座本体形状相适应的凹槽，支座本体上部嵌入上预埋钢板的凹槽中；支座本体的顶部设置上封板，底部设置下封板，聚氨酯弹性体的内部间隔设置加劲板；聚氨酯弹性体的内部可以设置橡胶与加劲板形成的叠层结构。但加劲板的存在减小了聚氨酯弹性体的厚度，因此其耗能能力有所下降；同时该桥梁聚氨酯叠层隔震支座无法通过翘曲滚动变形以适应大位移情况。

因此，亟需一种FRP布加劲聚氨酯高阻尼隔震支座，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种FRP布加劲聚氨酯高阻尼隔震支座，该支座倾覆翻滚稳定性好，水平位移能力大，耗能能力强，可以有效降低落梁风险。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的目的是提供一种FRP布加劲聚氨酯高阻尼隔震支座，所述FRP布加劲聚氨酯高阻尼隔震支座包括FRP布加劲层、聚氨酯弹性体层、聚氨酯弹性体保护层；所述FRP布加劲层和聚氨酯弹性体层自上而下层叠布置，形成支座的内部结构；所述聚氨酯弹性体保护层包覆于内部结构的顶部、底部和四周。

进一步地，所述FRP布加劲层由增强纤维交叉编织而成。

进一步地，所述FRP布加劲层由碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或多种制成。

进一步地，所述FRP布加劲聚氨酯高阻尼隔震支座的平截面形状和尺寸可根据需要进行选择，形状可以是矩形、圆形或椭圆形等。

进一步地，所述FRP布加劲层的厚度、网格密度和数量可根据支座竖向承载力和水平位移能力需求进行设计。

进一步地，所述FRP布加劲层的厚度为2—4mm；所述FRP布加劲层的网格密度为2cm方形网格；所述FRP布加劲层的数量为5。

进一步地，所述聚氨酯弹性体层的厚度为4.5cm；所述聚氨酯弹性体保护层的厚度为6cm。

进一步地，所述聚氨酯弹性体层、聚氨酯弹性体保护层中的聚氨酯弹性体的拉伸强度≥40Mpa。

进一步地，所述FRP布加劲聚氨酯高阻尼隔震支座的聚氨酯弹性体层(2)、聚氨酯弹性体保护层(3)通过浇筑或热塑成型。

进一步地，所述聚氨酯弹性体层、聚氨酯弹性体保护层一体成型。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明的FRP布加劲聚氨酯高阻尼隔震支座，聚氨酯弹性体的拉伸强度(≥40Mpa)远高于天然橡胶，且聚氨酯弹性体与FRP纤维之间粘接强度高，利于充分发挥聚氨酯弹性体的拉伸性能，提高支座的水平变形能力。

2)本发明的FRP布加劲聚氨酯高阻尼隔震支座，聚氨酯弹性体的耗能能力强，在剪应变达到150％时支座等效阻尼比能达到0.15左右，远大于同剪应变水平下普通橡胶的阻尼比，提高了支座的耗能能力。

3)本发明的FRP布加劲聚氨酯高阻尼隔震支座，由于FRP布厚度小于钢板，在支座高度受限的条件下，可显著提高支座水平位移能力。

4)本发明的FRP布加劲聚氨酯高阻尼隔震支座，相对于加劲钢板，FRP布柔性大，对支座剪切变形和转角变形的适应性更强，当支座受力不均匀时不致发生损坏。

5)本发明的FRP布加劲聚氨酯高阻尼隔震支座，可以通过翘曲滚动变形以适应支座大位移，增强支座的隔震性能。

附图说明

图1为实施例中提供的FRP布加劲聚氨酯高阻尼隔震支座的示意图。

图2为实施例中提供的FRP布加劲聚氨酯高阻尼隔震支座立面剖面图。

图3为实施例中提供的FRP布加劲聚氨酯高阻尼隔震支座倾覆翻滚过程示意图，其中(a)弹性阶段变形图，(b)滚动变形图，(c)支座钢化。

图中标号：

1为FRP布加劲层，2为聚氨酯弹性体层，3为聚氨酯弹性体保护层，4为上板，5为下板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的部件型号、材料名称、连接结构、控制方法等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。

下列实施例中，材料均可商业购买得到。

实施例

如图1～2所示，本实施例提供一种FRP布加劲层聚氨酯高阻尼隔震支座，包括FRP布加劲层1、聚氨酯弹性体层2、聚氨酯弹性体保护层3。FRP布加劲层包括FRP步，FRP布加劲层通过将增强纤维交叉编织而成，FRP布对聚氨酯弹性体竖向压力下的横向膨胀的约束，提高支座的竖向刚度和承载能力。FRP布加劲层和聚氨酯弹性体层自上而下层叠布置，形成支座的内部结构；聚氨酯弹性体保护层包覆于内部结构的顶部、底部和四周；支座通过浇筑或热塑成型。

本实施例中，聚氨酯弹性体层2、聚氨酯弹性体保护层3均包括聚氨酯弹性体(该聚氨酯弹性体-采用常规浇筑型聚氨酯弹性体或热塑型聚氨酯弹性体，例如巴斯夫、路博润等生产的聚氨酯弹性体)。

本实施例中，FRP布加劲层聚氨酯高阻尼隔震支座通过浇筑或热塑成型。

本实施例中，FRP布加劲层聚氨酯高阻尼隔震支座形状为矩形。

本实施例中，FRP布加劲层1共设有5层。

本实施例中，FRP布加劲层1由碳纤维材料(该碳纤维材料采用市售碳纤维材料，例如光威复材、澳盛科技等生产的碳纤维材料)交叉编织而成。

本实施例中，所述FRP布加劲层1的厚度、网格密度和数量可根据支座竖向承载力和水平位移能力需求进行设计。

本实施例中，所述FRP布加劲层1的厚度为2—4mm；所述FRP布加劲层1的网格为2cm方形网格。

本实施例中，所述聚氨酯弹性体层2的厚度为4.5cm；所述聚氨酯弹性体保护层3的厚度为6cm。

上述FRP布加劲聚氨酯高阻尼隔震支座工作原理如下：

FRP布加劲聚氨酯高阻尼隔震支座采用聚氨酯弹性体材料，使其具有良好的阻尼滞回耗能能力。由于FRP布厚度薄，呈柔性，支座在水平力下除因聚氨酯弹性体层厚度增大而产生较大剪切变形外，由于其加劲层的柔性还能发生翘曲倾覆变形，甚至发生滚动，该支座能够发生稳定的翘曲滚动变形，当支座侧表面滚动到完全水平时达到位移极限，支座水平刚度迅速增加，发生硬化。由于支座在大位移滚动下仍然可以保持有效的使用性能，故可以充分发挥聚氨酯弹性体的拉伸性能，有利于能量耗散，提高隔震能力。如图3所示，FRP布加劲聚氨酯高阻尼隔震支座的上端和下端分别设置上板4和下板5，上板4和下板5为演示支座滚动过程的上下板，并非属于支座本身，图3中的(a)、(b)、(c)为倾覆翻滚过程：依次发生弹性阶段变形、滚动变形、支座钢化。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。