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桥梁减震技术及应用(一)

发布于:2017-11-01 15:24:01 来自:道路桥梁/桥梁工程 [复制转发]



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问题的由来






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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。















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减隔震技术






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一、基本概念



通过采用减隔震装置来尽可能地将结构或部件与可能 引起破坏的地震地面运动或支座运动分离开来,从而大 大减小传递到上部结构的地震力和能量,确保结构本身 及其附属物的安全。--有别于硬“抗”。






















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















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减隔震装置






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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。















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应用实例






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