一种环保型隔震橡胶支座及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种环保型隔震橡胶支座，包括：相互对置并通过套筒螺栓与所支撑结构相连的外连接钢板；以及由交替层叠的加劲钢板和高阻尼橡胶层共同构成的支座本体，该支座本体的上下端面分别通过封板与外连接钢板相联接的芯体，并且其中高阻尼橡胶层的组分及质量百分比为：40%~50%的丁腈橡胶、3%~4%的填充补强剂、2%~3%的增塑剂、1%~1.5%的促进剂、2%~2.5%的防老剂，以及40%~50%的纳米级硬沥青颗粒。本发明专利技术还公开了相应的制造方法。通过本发明专利技术，能够有效实现隔震支座的超高阻尼比，并且与传统的铅芯隔震橡胶支座相比由于去掉了铅芯因此具有环保性，同时实现对桥梁等工程结构的减震，而且具备高耐久、耐低温、无铅环保、成本低以及便于加工制造等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于工程减振技术 领域，更具体地，涉及一种环保型并具备超高阻尼比的隔震橡胶支座及其制造方法。
技术介绍
隔震橡胶支座是一种由多层天然橡胶与薄钢板镶嵌、粘合、硫化形成的桥梁支座产品。该类型的橡胶支座有足够的竖向刚度以承受垂直荷载，能将上部构造的压力可靠地传递给墩台；此外，有良好的弹性以适应梁端的转动，并具有较大的剪切变形以满足上部构造的水平位移。目前国内在用的隔震橡胶支座主要包括普通橡胶支座、铅芯橡胶支座和普通高阻尼橡胶支座等。如图I中所示，显示了常规的普通橡胶支座的结构。这种橡胶支座将多层钢板I分布镶嵌在橡胶2中制成，其上下表面都为橡胶层，整体表现为矩形或圆形截面形状。由于与桥梁粱底没有直接连接，因此此支座易出现打滑现象，影响桥梁结构安全。尤其当发生地震时，由于支座与桥梁没有连接成在一起，容易出现支座滑移、脱落等情况，不能起到隔震作用。此外，这种橡胶支座的阻尼比一般只有5%左右，隔震能力差，难以降低结构的地震反应。图2中显示了现有技术的铅芯隔震橡胶支座的结构。如图2中所示，该铅芯橡胶支座包括上下两层的外连接钢板1’，支座芯体通过上下封板2’分别与外连接钢板I’联接，并在封板与外连接钢板之间设置有剪切键5’以便带动支座产生水平方向上的相对位移。所述支座芯体由橡胶层6’和用于提高竖向承载力的加劲钢板3’交错层叠形成，并沿着竖直方向插有多个铅芯棒4’以便进一步提高支座整体的阻尼性能。对于支座整体，可表现为矩形或圆形截面形状。其中铅芯层4’直接套合在两层外连接钢板之间，而加劲钢板3’同样通过封板2’并使用内六角螺钉7’与外连接钢板I’相联接。在完成外连接钢板及其芯体的组装之后，通过套筒螺栓8’分别与桥梁的梁底、以及桥墩的墩顶相连，由此作为桥梁支座起到减振作用。这种铅芯橡胶支座具备普通橡胶支座的性能，同时解决了普通橡胶支座在抗震方面所存在的不足。然而，为提高支座的阻尼比，需要在支座中加入铅芯以达到降低结构地震反应的效果。但是铅是重污染金属，无论在生产过程还是使用过程中铅金属会外漏对环境造成较大的污染，目前国内外已经对铅的使用有很严格的限制，因此铅芯橡胶支座对与当今环保趋势相违背。图3中显示了现有技术的普通高阻尼隔震橡胶支座的结构。如图3中所示，该橡胶支座包括上下两层外连接钢板11，芯体(该芯体由加劲钢板13和高阻尼橡胶层15交替层叠形成)通过上下封板12并使用内六角螺钉16分别与外连接钢板11联接，并在封板与外连接钢板之间设置有剪切键14。在完成对外连接钢板及其芯体的组装之后，通过套筒螺栓17与桥梁梁底相连。对于这种橡胶支座而言，无需加入铅芯就能达到较好的隔震效果，其阻尼比可达15%以上。然而，其滞回曲线不饱满，耗能能力较差，因此其隔震能力虽比一般普通橡胶支座略有提高，但是效果还是低于铅芯橡胶支座的性能，不能完全满足结构减震的需要；此外，由于它采用了大量的非环保添加剂来改善橡胶的阻尼性能，相应在制造工艺及适用性等方面存在局限。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷和技术需求，本专利技术的目的在于提供一种环保型超高阻尼隔震橡胶支座及其制造方法，该隔震橡胶支座能够有效实现对桥梁等结构的减震和高阻尼比，而且具备高耐久、耐低温、低碳环保、成本低以及便于加工制造等优点。按照本专利技术的一个方面，提供了一种环保型隔震橡胶支座，该隔震橡胶支座包括外连接钢板，所述外连接钢板为相互对置的上下两层，并通过套筒螺栓与所支撑结构相连； 支座本体，该支座本体由交替层叠的加劲钢板和超高阻尼橡胶层共同构成，其上、下端面分别通过封板与所述外连接钢板相联接，其中超高阻尼橡胶层的组分及质量百分比如下40% 50%的丁腈橡胶、3% 4%的填充补强剂、2% 3%的增塑剂、1% 1. 5%的促进剂、29Γ2. 5%的防老剂，以及40% 50%的纳米级硬浙青颗粒。通过对环保型隔震橡胶支座本体中的橡胶层成分及质量百分比进行以上设定，经过较多试验和实践表明，所获得的橡胶支座阻尼比可高达20%以上，低碳环保、成本低且便于制造，适于各种低温和耐油性高的场合。尤其是，用于取代目前非环保材料的纳米级硬浙青颗粒可以使丁腈橡胶胶料在微观上对橡胶分子进行分层，打破了原有的分子链，同时硬浙青颗粒与橡胶分子间通过层与层的连接可产生较大的阻尼效应；此外，由于该橡胶层内部不存在传统合成胶料的橡胶分子与添加物之间形成的分子链，因而即便在低温下也不易产生结晶现象，试验证明零下20度时仍具备良好的阻力性能，而且当温度变化和交通荷载作用时也不会产生疲劳剪切破坏。作为进一步优选地，所述填充补强剂为湿式云母粉，增塑剂为硬脂酸，促进剂为促进剂DM和促进剂TT的混合物，防老剂为4010ΝΑ、RD和RP-3型防护蜡的混合物。通过对以上成分类型的具体限定，能够便于橡胶层的制备加工操作，并且所制得的环保型超高阻尼隔震橡胶支座具备较高的竖向承载能力和水平变形能力，当地震发生时呈现良好的可复位性；其中湿式云母粉与常规的炭黑填充剂相比，能够有效提高丁腈橡胶的曲挠性能和耐热老化性能；促进剂TT本身也可起到硫化作用，能够制备耐热老化性能好的胶种，而促进剂RD的配合使用可提高硫化后效性；此外，防老剂4010ΝΑ、RD和RP-3型防护蜡的配合使用能够有效提供对热、氧、臭氧的有效防护，并避免老化和曲挠龟裂，因而尤其适用于环保型超高阻尼隔震橡胶支座的用途，并可提供更长的使用寿命。作为进一步优选地，所述丁腈橡胶中的丙烯腈含量为369Γ42%，所述纳米级硬浙青颗粒的尺寸为100nnT300nm。丁腈橡胶作为丁二烯和丙烯腈的共聚物，通常采用乳液聚合法来制造，其中丙烯腈的含量对丁腈橡胶的性能影响很大，本专利技术通过试验和比较，选用含量较高的丙烯腈，这样所制得的橡胶支座密度大、胶料硫化性好、耐磨耗，并且具备更大的定伸应力和拉伸强度；此外，通过对浙青颗粒的尺寸进行以上具体限定，试验数据表明能够与丁腈橡胶分子更为均匀地相互嵌入，并产生更大的阻尼效应。作为进一步优选地，所述橡胶支座为尺寸范围为350mm*350mnTl620mm*1620mm的正方形截面形状，或者直径范围为300mnTl700mm的圆形截面形状，在100%应变时其等效阻尼比可以达到为20%以上。通过对所制得的环保型隔震橡胶支座的形状及尺寸进行以上具体限定，便于大批量的加工制造，并能够适用于支撑各种常规的桥梁梁底以及桥墩墩顶；另一方面，20%以上的高阻尼比能够保证对支撑结构提供更好的隔震作用。作为进一步优选地，各个所述封板与其联接的外连接钢板构成一体化结构，并在其之间设置有剪切键。 通过将封板与外连接钢板构成一体化结构，能够简化支座结构，便于支座的生产、装配和维护；此外，通过在封板与外连接钢板之间设置剪切键，能够便于带动支座产生水平方向上的相对位移，相应提供支座抗水平荷载的能力。按照本专利技术的另一方面，还提供了相应的隔震橡胶支座制造方法，该方法包括(a) 丁腈橡胶胶片的制备步骤将40% 50%重量百分比的丁腈橡胶、3% 4%重量百分比的填充补强剂、2% 3%重量百分比的增塑剂、19Γ1. 5%的促进剂、29Γ2. 5%的防老剂，以及40% 50%的纳米级硬浙青颗粒加热混炼，然后根据所需尺寸采用压辊压延出品并剪切成半成品胶片；(b)胶片和钢板的贴合成型步骤按照所需尺寸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环保型隔震橡胶支座，该隔震橡胶支座包括：外连接钢板，所述外连接钢板为相互对称的上下两层，并通过套筒螺栓与所支撑结构相连；支座本体，该支座本体由交替层叠的加劲钢板和高阻尼橡胶层共同构成，其上、下端面分别通过封板与所述外连接钢板相联接，其中高阻尼橡胶层的组分及质量百分比如下：40%~50%的丁腈橡胶、3%~4%的填充补强剂、2%~3%的增塑剂、1%~1.5%的促进剂、2%~2.5%的防老剂，以及40%~50%的纳米级硬沥青颗粒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁涌，资道铭，朱宏平，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：