橋梁減隔震技術(shù)基本概念及設(shè)計計算

橋梁減隔震技術(shù)基本概念及設(shè)計計算內(nèi)容提要減隔震技術(shù)的基本概念與機理典型減隔震裝置減隔震技術(shù)的應(yīng)用常用橋型的減隔震方案TMT現(xiàn)有工作基礎(chǔ)1.減隔震技術(shù)的基本概念與機理基本概念

通過采用減隔震裝置來盡可能地將結(jié)構(gòu)或部件與可能引起破壞的地震地面運動或支座運動分離開來，從而大大減小傳遞到上部結(jié)構(gòu)的地震力和能量，確保結(jié)構(gòu)本身及其附屬物的安全。--有別于硬“抗”。減隔震裝置不同抗震技術(shù)的基本機理比較基本原理傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計隔震結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計結(jié)構(gòu)控制降低剛度，延長周期利用塑性鉸來實現(xiàn)剛度的降低利用隔震裝置來延長周期可控制剛度增加阻尼利用塑性鉸的非彈性變形利用阻尼裝置可控制的阻尼1.減隔震技術(shù)的基本概念與機理機理

延長周期--避開共振區(qū)，減小能量輸入增加阻尼--耗散能量，減小相對變形

簡單說來：以位移變形換取小的地震作用；以適當?shù)淖枘嵯拗七^大的位移。

以往大量使用的板式支座、盆式支座等，起到傳遞上部結(jié)構(gòu)的各種荷載，適應(yīng)溫度、收縮徐變等因素產(chǎn)生的位移，但是這些支座往往難以滿足減隔震設(shè)計的要求。1.減隔震技術(shù)的基本概念與機理

隔震可以延長結(jié)構(gòu)自振周期并增大結(jié)構(gòu)阻尼，但是需要在增大位移響應(yīng)和減小剪力響應(yīng)之間找到最佳的平衡點。剪力（或加速度）和位移反應(yīng)譜4、時程分析

1.減隔震技術(shù)的基本概念與機理

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)水平剛度大頻率比ω/ωn=0.8～1.5

地震動放大系數(shù)Ra=2～3

隔震結(jié)構(gòu)水平剛度?。ㄈ嵝灾ё╊l率比ω/ωn=3～8

地震動放大系數(shù)Ra=1/2～1/81.減隔震技術(shù)的基本概念與機理

隔震設(shè)計的基本規(guī)律：

隔震裝置的水平剛度越小，則自振周期延長地越長，上部結(jié)構(gòu)的加速度（或剪力）的減小效果越好；但會增加結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)；增加結(jié)構(gòu)的阻尼，會減小上部結(jié)構(gòu)的加速度（或剪力）響應(yīng)，同時也會減小結(jié)構(gòu)的位移增加趨勢。在堅硬場地比在軟弱場地上建造的結(jié)構(gòu)的減震效果好；設(shè)計人員應(yīng)在減小上部結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)、增加位移之間找平衡。1.減隔震技術(shù)的基本概念與機理

對橋梁減隔震裝置所提出的要求滿足正常使用荷載下剛度需求健全的傳力機能阻尼耗能穩(wěn)定的靜力和動力特性長期性能，如蠕變和耐久性等要求施工安裝和更換容易1.減隔震技術(shù)的基本概念與機理

相關(guān)規(guī)范(國內(nèi))《公路橋梁抗震設(shè)計細則》2008《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》2009《城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》2009（征求意見稿）

《橡膠支座》2007(GB20688，共四部分)

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》2010《建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計通則及條文說明》2004《建筑消能阻尼器》2007

歐美日等于上世紀90年代已編制相關(guān)標準相關(guān)國際標準如ISO22762《ElastomericSeismic-protectionisolators》20051.減隔震技術(shù)的基本概念與機理2.典型的的減隔隔震裝裝置（鉛芯芯、高高阻尼尼）橡橡膠支支座2.典型的的減隔隔震裝裝置鉛芯橡橡膠支支座實實驗滯滯回曲曲線鉛芯橡橡膠支支座2.典型的的減隔隔震裝裝置高阻尼尼橡膠膠支座座2.典型的的減隔隔震裝裝置高阻尼尼橡膠膠支座座實驗驗滯回回曲線線高阻尼尼橡膠膠支座座2.典型的的減隔隔震裝裝置摩擦擺擺支座座產(chǎn)品靜靜態(tài)模模型圖圖產(chǎn)品動動態(tài)模模型圖圖2.典型的的減隔隔震裝裝置摩擦擺擺支座座球面：：雙向向隔震震；柱柱面：：單向向隔震震2.典型的的減隔隔震裝裝置摩擦擺擺支座座4、時程程分析析2.典型的的減隔隔震裝裝置金屬阻阻尼器器/支座金屬阻阻尼器器實驗驗滯回回曲線線2.典型的的減隔隔震裝裝置金屬阻阻尼器器－可單獨或與其他他支座座配合使用2.典型的的減隔隔震裝裝置粘滯阻阻尼器器－可單獨或與其其他支支座配合使用粘滯流流體阻阻尼器器結(jié)構(gòu)構(gòu)圖2.典型的的減隔隔震裝裝置粘滯阻阻尼器器粘滯阻阻尼器器阻尼尼力曲曲線2.典型的的減隔隔震裝裝置智能阻阻尼器器磁流變變阻尼尼器構(gòu)造2.典型的的減隔隔震裝裝置磁流變變阻尼尼器磁流變變阻尼尼器阻阻尼力力隨電電壓變變化曲曲線3.減隔震震技術(shù)術(shù)在橋橋梁工工程中中的應(yīng)應(yīng)用實實例減隔震震技術(shù)術(shù)在中中國的的應(yīng)用用－鉛芯芯橡膠膠支座座石家莊莊新津津橋（1998）3.減隔震震技術(shù)術(shù)在橋橋梁工工程中中的應(yīng)應(yīng)用實實例減隔震技術(shù)在中國國的應(yīng)用－鉛芯橡膠支座新疆布谷孜大橋(1999)3.減隔震技術(shù)在橋梁梁工程中的應(yīng)用實實例減隔震技術(shù)在中國國的應(yīng)用－鉛芯橡膠支座澳門西灣大橋（2004）3.減隔震技術(shù)在橋梁梁工程中的應(yīng)用實實例減隔震技術(shù)在中國國的應(yīng)用－鉛芯橡膠支座晉江大橋（2008）引橋采用鉛芯橡膠膠支座3.減隔震技術(shù)在橋梁梁工程中的應(yīng)用實實例減隔震技術(shù)在中國國的應(yīng)用－鉛芯橡膠支座晉江大橋引橋（2008）3.減隔震技術(shù)在橋梁梁工程中的應(yīng)用實實例減隔震技術(shù)在中國國的應(yīng)用－摩擦型支座佛山平勝大橋3.減隔震技術(shù)在橋梁梁工程中的應(yīng)用實實例減隔震技術(shù)在中國國的應(yīng)用－摩擦擺支座蘇通大橋橫橋向用柱面，雙雙向用球面3.減隔震技術(shù)在橋梁梁工程中的應(yīng)用實實例減隔震技術(shù)在中國國的應(yīng)用－粘滯阻尼器蘇通大橋（縱橋向限位阻尼尼器）3.減隔震技術(shù)在橋減隔震技術(shù)在中國國的應(yīng)用－粘滯阻尼器阻尼器安裝示意圖圖3.減隔震技術(shù)在橋梁梁工程中的應(yīng)用實實例減隔震技術(shù)在中國國的應(yīng)用－MR阻尼器岳陽洞庭湖大橋：：MR阻尼器MR阻尼器3.減隔震技術(shù)在橋梁梁工程中的應(yīng)用實實例減隔震技術(shù)在國外外的應(yīng)用截至止2000年(范立礎(chǔ))新西蘭(1973)有48座公路橋梁和1座鐵路橋梁采用減減隔震技術(shù)，其中中40座采用了鉛芯橡膠膠支座LRB；意大利(1974)有150多座橋梁采用減隔隔振技術(shù)；美國(1979)有100多座，其中90多座采用LRB；日本(1990)有30多座，其中一半采采用LRB除意大利外，橋梁梁減隔震設(shè)計最常

大部分建成于高烈度區(qū)I,II,III類場地3.中、美、日隔震房屋應(yīng)用比較中國：已建近600幢，最高日本：已建近4200幢，最高50層美國：已建近100幢，最高29層中、日隔震橋梁應(yīng)用比較中國：已建近25座日本：已建近1800座截至止2009年我國屬落后我國屬先進3.減隔震技術(shù)在橋梁梁工程中的應(yīng)用實實例減隔震技術(shù)在地震震中的表現(xiàn)新西蘭TeTeko橋在1987年的里氏6.37級地震中經(jīng)受住考考驗（0.4g）；美國EelRiverBridge在1992的加利福尼亞地震震中（震中峰值加加速度>2g)表現(xiàn)很好，震后完完全復(fù)位；地震中所有采用減減隔震技術(shù)的建筑筑表現(xiàn)良好（美國國和日本，衰減系系數(shù)2-3）采用減隔震技術(shù)可可以增強結(jié)構(gòu)的安安全性3.減隔震技術(shù)在橋梁梁工程中的應(yīng)用實實例減隔震技術(shù)在國外外的應(yīng)用日本城市高速公路路橋－橡膠支座3.減隔震技術(shù)在橋梁梁工程中的應(yīng)用實實例減隔震技術(shù)在國外外的應(yīng)用日本城市高速公路路橋－橡膠支座3.減隔震技術(shù)在橋梁梁工程中的應(yīng)用實實例減隔震技術(shù)在國外外的應(yīng)用日本多多羅斜拉橋橋（1999）塔梁之間設(shè)置大型型橡膠支座3.減隔震技術(shù)在橋梁梁工程中的應(yīng)用實實例減隔震技術(shù)在國外外的應(yīng)用希臘里翁-安蒂里翁大橋（（2004）3.減隔震技術(shù)在橋梁梁工程中的應(yīng)用實實例希臘里翁-安蒂里翁大橋（（2004）主橋塔梁之之間設(shè)置粘粘滯阻尼器器3.減隔震技術(shù)術(shù)在橋梁工工程中的應(yīng)應(yīng)用實例減隔震技術(shù)術(shù)在國外的的應(yīng)用希臘里翁-安蒂里翁大大橋（2004）引橋墩、梁梁用粘滯阻阻尼器GoldenGate––U.S.A.美國金門大大橋3.減隔震技術(shù)術(shù)在橋梁工工程中的應(yīng)應(yīng)用實例韓國Su-Joung3號橋24套速度鎖定定支座F=1200kNs=±75±100mmV=25008000kN3.減隔震技術(shù)術(shù)在橋梁工工程中的應(yīng)應(yīng)用實例3.減隔震技術(shù)術(shù)在橋梁工工程中的應(yīng)應(yīng)用實例減隔震技術(shù)術(shù)在國外的的應(yīng)用日本明石海海峽大橋每座橋塔安安裝TMD抗風裝置，經(jīng)受受1995神戶地震需要思考的的問題起控制作用用的荷載和和條件－溫度度？(豎向)地震？風？？組合？－場地地條件：軟軟土地基？？確定是否有有必要采用用減隔震技技術(shù)？分析模型和和分析方法法－全橋模模型？SSI效應(yīng)？－線性/非線性時程程分析？反反應(yīng)譜？－地震波波的選用減隔震技術(shù)術(shù)方案的對對比和優(yōu)化化－提供經(jīng)經(jīng)濟、有效效和合理的的解決方案案4.常用橋型的的減隔震方方案不同方案的的減隔震效效果、費用用及可靠性性對比(鉛芯)橡膠隔震支支座：好較低很很好高阻尼橡膠膠支座：好一一般很很好摩擦擺支座座：好一一般好好鋼阻尼支座座：好較較低好好粘滯阻尼器器：非常好很很高一一般減隔震效果果費費用可可靠性性4.常用橋型的的減隔震方方案4.常用橋型的的減隔震方方案常見的橋梁梁減隔震建建議方案梁橋(<300m)梁體和橋墩墩之間（設(shè)設(shè)置減隔震震措施）阻尼支座（（或支座+阻尼器）拱橋（<600m,剛度大，位位移小，傳傳統(tǒng)減隔震震法不適合合）TMD，TLD；相對變形形較大的位位置如：拉索、斜撐撐或桁架下下弦桿設(shè)置耗能支撐。斜拉橋(200—800m)和懸索橋(>800m)：主橋塔梁－－恰當當?shù)乃杭s約束方式豎向支撐+粘滯阻尼器器；梁體和橋墩墩之間，在在漂浮方向向阻尼支座（（或支座+阻尼器）針對風致振動和和風雨激振振的結(jié)構(gòu)優(yōu)化化、減振設(shè)設(shè)計未來減隔震震技術(shù)的發(fā)展方向1、考慮突突發(fā)強震、、近場地震震作用下的的結(jié)構(gòu)安全全；2、采用輕輕質(zhì)高強材材料（高強強混凝土、、鋼材）結(jié)構(gòu)自重及及尺寸減小小；3、結(jié)構(gòu)減減震（振））控制：根根據(jù)結(jié)構(gòu)性性能和響應(yīng)應(yīng)智能調(diào)整整控制合理，有效效，安全，，經(jīng)濟4.常用橋型的的減隔震方方案工程結(jié)構(gòu)減減震控制的的特點及優(yōu)越越性1、安全可可靠，有限限減震減震控制結(jié)結(jié)構(gòu)的地震震反應(yīng)與傳統(tǒng)抗震結(jié)結(jié)構(gòu)的比值為：隔震結(jié)構(gòu)8%——50%(保持彈性)耗能結(jié)構(gòu)60%——80%TMD，TLD被動控制結(jié)結(jié)構(gòu)60%——80%（半）主動動控制結(jié)構(gòu)構(gòu)10%——50%2、節(jié)省工工程造價+5%——-20%3、適用范范圍廣：新設(shè)計及已已有結(jié)構(gòu)加加固改造橋梁、建筑筑結(jié)構(gòu)、重重要工程結(jié)結(jié)構(gòu)；也可可用于重要要儀器、設(shè)設(shè)備、環(huán)境境振動減震震。4.常用橋型的的減隔震方方案TMT橋梁支座座產(chǎn)品已已大規(guī)模模應(yīng)用于于大型項項目盆式橡膠膠支座、球型鋼支支座、速速度鎖定定支座、、彈塑性性鋼阻尼尼減震支支座、滑滑板橡膠膠支座、、（鉛芯芯）橡膠膠支座、、剪力卡卡榫及其其他橋梁梁相關(guān)產(chǎn)產(chǎn)品優(yōu)勢產(chǎn)品品：速度度鎖定器器，鋼阻阻尼器、、粘滯阻阻尼器、、橡膠隔隔震支座座、摩擦擦擺式支支座擁有產(chǎn)品品的自主主設(shè)計能能力5.TMT現(xiàn)有工作作基礎(chǔ)具備橋梁梁結(jié)構(gòu)減減隔震方方案計算算分析能能力具備橋梁梁結(jié)構(gòu)減減隔震方方案計算算分析能能力5.TMT現(xiàn)有工作作基礎(chǔ)具備使用用Midas/Civil,Sap2000和ANSYS等有限元元軟件運運用非線線性時程程分析法法對橋梁梁結(jié)構(gòu)進進行減隔隔震方案案設(shè)計分分析的能能力，歡歡迎合作作！4、時程分分析具備橋梁梁結(jié)構(gòu)減減隔震方方案計算算分析能能力5.TMT現(xiàn)有工作作基礎(chǔ)4、時程分分析橋梁抗震震設(shè)防分分類與設(shè)設(shè)防標準準具備橋梁梁結(jié)構(gòu)減減隔震方方案計算算分析能能力5.TMT現(xiàn)有工作作基礎(chǔ)橋梁減隔隔震設(shè)計計方法5.TMT現(xiàn)有工作作基礎(chǔ)力-位移測試試曲線圖圖（V=100mm/s）5.T首次使用FD的鐵路橋梁（（新建鐵路南南廣線桂平郁郁江雙線特大大橋）分析案例單塔阻尼器布布置情況示意意圖5.TMT現(xiàn)有工作基礎(chǔ)礎(chǔ)郁江雙線特大大橋減隔震計計算模型采用通用有限限元分析軟件件ANSYS建立全橋模型型。桁架梁單單元與橋塔單單元采用BEAM44梁單元模擬，，拉索用LINK10桿單元模擬，，二期恒載用用MASS21點質(zhì)量單元模模擬，橋墩處處支座用剛臂臂模擬，粘滯滯性阻尼器用用COMBIN37彈簧阻尼單元元模擬。分析案例5.TMT現(xiàn)有工作基礎(chǔ)礎(chǔ)主梁跨中縱向向位移最大值值隨阻尼器參參數(shù)變化曲線線塔梁相對位移移隨阻尼器參參數(shù)變化曲線線分析案例塔頂縱向位移移隨阻尼器參參數(shù)變化曲線線塔底彎矩隨阻阻尼器參數(shù)變變化曲線最后選定所有有阻尼器均采采用相同的阻阻尼參數(shù)：阻尼系數(shù)C：2000kN/(m/s)0.2速度系數(shù)α：0.2最大阻尼力：：1400KN最大行程：50mm分析案例5.TMT現(xiàn)有工作基礎(chǔ)礎(chǔ)太北跨北同蒲蒲鐵路特大橋橋雙線?？透咚偎勹F路特大橋橋，橋梁為五五跨連續(xù)梁拱拱橋結(jié)構(gòu)，全全長為572m。5.TMT現(xiàn)有工作基礎(chǔ)礎(chǔ)分析案例抗震方案：各各個活動墩安安裝6套8000KN的速度鎖定裝裝置。計算結(jié)果：彎彎矩和剪力值值趨于均勻，，最大值大大大降低減震后橋梁最最大彎矩和剪剪力未減震橋梁最最大彎矩和剪剪力5.TMT現(xiàn)有工作基礎(chǔ)礎(chǔ)分析案例5.TMT現(xiàn)有工作基礎(chǔ)礎(chǔ)分析案例津薊高速跨薊薊運河橋六跨連續(xù)梁橋，跨跨度為40.5m+4×54m+40.5m。其中3號墩設(shè)固定支座，，其余墩設(shè)活動支支座抗震方案：各個活活動墩安裝2套4000KN的速度鎖定支座。。計算結(jié)果：彎矩和和剪力值趨于均勻勻，最大值大大降降低減震后橋梁最大彎彎矩和剪力未減震橋梁最大彎彎矩和剪力5.TMT現(xiàn)有工作基礎(chǔ)分析案例固定墩墩底最大彎彎矩值由83000KN*m下降為28000KN*m5.TMT現(xiàn)有工作基礎(chǔ)分析案例計算結(jié)果：彎矩和和剪力值趨于均勻勻，最大值大大降降低5.TMT現(xiàn)有工作基礎(chǔ)分析案例天水經(jīng)濟開發(fā)區(qū)跨跨渭河橋五跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，，跨度為5×30m。減隔震方案：中間間四個墩采用高阻阻尼支座，兩個邊墩采用滑動動型支座。計算結(jié)果：能夠滿滿足E1和E2地震的抗震設(shè)防要要求E2地震下橋梁最大彎矩和剪剪力E1地震下減震橋梁最最大彎矩和剪力5.TMT現(xiàn)有工作基礎(chǔ)分析案例計算結(jié)果：能夠滿滿足E1和E2地震的抗震設(shè)防要要求E1地震下高阻尼支座座滯回曲線5.