桥梁减震技术及应用（一）

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一、桥梁结构的地震破坏形式

弯曲破坏、


剪切破坏、


落梁破坏、


支座损伤

二、破坏原因分析

1.地震作用强，桥梁结构薄弱:柱礅,梁体破坏超过设防烈度:日本设计0.30g,阪神0.6g

2.桥梁与地面运动共振:As=(1～2)秒,

Ag=(0.1～1.5)秒

3.支座变形能力差

4.未设置具有耗能能力的防落梁措施

对策

1.采用传统抗震设计:”硬抗”

加大断面及配筋,刚度大,地震力大(循环)。


仍为主流方法，但有时难以满足要求

2.采用减隔震设计:”以柔克刚”

延长结构基本周期,降低结构的地震响应，减少地震能 量的输入，隔离和消耗地震能量。

机理

延长周期 -- 避开共振区，减小能量输入

增加阻尼比 -- 耗散能量，减小相对变形

简单说来：以位移变形换取小的地震作用；

以适当的阻尼限制过大的位移。

以往大量使用的板式支座、盆式支座等，起到传递 上部结构的各种荷载，适应温度、收缩徐变等因素产生 的位移，但是这些支座往往难以满足减隔震设计的要 求。

隔震可以延长结构自振周期并增大结构阻尼，但要注意，不可能同 时减小上部结构的剪力（或加速度）和隔震层的位移－－在增大位移响 应和减小剪力响应之间找到最佳的平衡点。

三、

隔震设计的基本规律：

隔震装置的水平刚度越小，则自振周期延长地越长，上 部结构的加速度（或剪力）的减小效果越好；但会增加结 构的位移响应；

增加结构的阻尼，会减小上部结构的加速度（或剪力） 响应，同时也会减小结构的位移增加趋势。因此，增加结 构的阻尼对改善隔震效果非常有利，但阻尼过大，对结构 仍会有不利的影响；

在坚硬场地比在软弱场地上建造的结构的减震效果好；

设计人员应在减小上部结构的加速度响应、增加位移之 间找平衡。

四、

对桥梁减隔震装置所提出的要求

满足正常使用荷载下刚度需求

健全的传力机能

阻尼耗能

稳定的静力和动力特性

长期性能，如蠕变和耐久性等要求

施工安装和更换容易

相关规范(国内)

《公路桥梁抗震设计细则》2008

《铁路工程抗震设计规范》2009

《城市桥梁抗震设计规范》2009（征求意见稿）

《橡胶支座》 2007(GB20688，共四部分)

《建筑抗震设计规范》2010

《建筑工程抗震性态设计通则及条文说明》2004

《建筑消能阻尼器》2007

欧美日等于上世纪90年代已编制相关标准

相关国际标准如ISO 22762《Elastomeric Seismic-protection isolators》 2005

一、橡胶隔震支座的安全耐久性问题

1889年澳大利亚墨尔本一座铁路桥安装了天然橡胶垫， 至今仍通车。从使用了100多年的天然橡胶（未加抗氧化 剂）上切块测试发现，仅表面1.5mm范围发生氧化；

1982年将1962年建成的英国伦敦到肯特的M2高速公路桥 的两个橡胶支座移出测试并切开，发现压缩及水平刚度无 明显变化，表面无任何氧化及开裂的征兆；

1966年建成的伦敦奥尔尼班公寓，建成后对橡胶支座进 行了8年的定期观测，未发现劣化现象，根据观测结果预 测100年徐变量为5.4mm。

周福霖等人对橡胶支座进行1h耐火测试，刚度降低 10%，极限压应力仍可超过90MPa。

可以认为橡胶支座有足够的安全耐久性。

西藏地区气候特点： ①空气稀薄，气压低，含氧量少； ②太阳辐射强； ③气温偏低，昼夜温差大 。 对减隔震装置的影响： ①空气稀薄，有利； ②一般不受太阳辐射； ③气温偏低，需考虑相应的影响：橡胶支座阻尼增加， 刚度变大；金属材料强度增加，脆性增强；阻尼介质粘 度增加，等。使橡胶支座刚度增加，呈现脆性，使阻尼 器阻尼力增大，一般需进行针对性的低温性能测试。