減隔震技術(shù)的應(yīng)用原理與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

減隔震技術(shù)的應(yīng)用原理與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1控制調(diào)整結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)控制技術(shù)是研究工程抗彎性的熱點(diǎn)問題。該技術(shù)通過在工程結(jié)構(gòu)的特定部位裝設(shè)某種裝置（如耗能支承等）、或某種子結(jié)構(gòu)（如調(diào)頻質(zhì)量TMD等）、或施加外力（外部能量輸入），以改變或調(diào)整結(jié)構(gòu)特性，確保結(jié)構(gòu)及其附屬物的安全。作為目前應(yīng)用較廣泛的一種結(jié)構(gòu)控制技術(shù)，減隔震技術(shù)利用特制的減震及隔震裝置，大量消耗或阻止進(jìn)入結(jié)構(gòu)體系的能量，達(dá)到控制結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布與大小的目的。2衰減地震技術(shù)原理2.1地震動頻率特征結(jié)構(gòu)對地震的反應(yīng)有兩個基本規(guī)律：2.1.1地震動的頻率成分很復(fù)雜，但地震能量一般集中在一個頻率范圍內(nèi)。2.1.2結(jié)構(gòu)的阻尼越大，結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)越小。2.2延長結(jié)構(gòu)周期減隔震技術(shù)主要利用上述兩個基本規(guī)律，它的工作原理是：2.2.1采用柔性支承延長結(jié)構(gòu)周期，減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。2.2.2采用阻尼器式能量耗散元件，限制結(jié)構(gòu)位移。2.2.3保證結(jié)構(gòu)在正常使用荷載作用下具有足夠的剛度。3減隔震設(shè)計(jì)分析采用減隔震技術(shù)可以有效地提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震能力。在設(shè)計(jì)時要分析其適用條件，正確選擇、合理布置減隔震裝置，并重視細(xì)部構(gòu)件和構(gòu)造的合理設(shè)計(jì)，以確保減隔震設(shè)計(jì)的效果。3.1減隔震裝置應(yīng)用于橋梁下部結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)最適宜進(jìn)行減、隔震設(shè)計(jì)的情況有以下三種：(1)橋梁上部結(jié)構(gòu)為連續(xù)形式，下部結(jié)構(gòu)剛度比較大，整個橋的基本周期比較短。(2)橋梁下部結(jié)構(gòu)剛度不均勻，引入減隔震裝置可調(diào)節(jié)各橋墩剛度，避免剛度較大橋墩承擔(dān)很大慣性力的情況。(3)場地條件較好，預(yù)期地面運(yùn)動具有較高的卓越頻率，長周期范圍所含能量較少等情況。3.2減隔震裝置設(shè)計(jì)要求在進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì)時，應(yīng)將重點(diǎn)放在提高耗散能力和分散地震力上，不能過分追求加長周期。應(yīng)選用作用機(jī)制簡單的減隔震裝置，并在其力學(xué)性能明確的范圍內(nèi)使用。另外，減隔震裝置不僅要能減震耗能，還應(yīng)滿足正常運(yùn)營荷載的承載要求。具體有以下要求：3.2.1在不同水準(zhǔn)地震作用下，減隔震支座都應(yīng)保持良好的豎向荷載支承能力。3.2.2減隔震裝置應(yīng)具有較高的初始水平剛度，使得橋梁在風(fēng)荷載、制動力等作用下不發(fā)生過大的變形和有害的振動。3.2.3當(dāng)溫度、徐變等引起上部結(jié)構(gòu)緩慢的伸縮變形時，減隔震支座產(chǎn)生的抗力比較低。3.2.4減隔震裝置應(yīng)具有較好的自復(fù)位能力。3.3結(jié)構(gòu)的內(nèi)固定性減隔震裝置的布置位置有兩種：3.3.1布置在橋墩頂部，起降低上部結(jié)構(gòu)慣性力的作用。3.3.2布置在橋墩底部，能較大幅度降低整個結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)。3.4減隔震裝置結(jié)構(gòu)在減隔震設(shè)計(jì)中，要使減隔震裝置充分發(fā)揮減震耗能的作用，必須使非彈性變形和耗能主要集中在減隔震裝置。為了使大部分變形集中于減隔震裝置，不僅要使減隔震裝置的水平剛度遠(yuǎn)低于橋墩、橋臺、基礎(chǔ)的剛度，還要避免橋墩屈服先于減隔震裝置屈服。另外，構(gòu)造措施對減隔震橋梁的動力特性和抗震性能有重要影響。在減隔震設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分注意構(gòu)造細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)，并對施工質(zhì)量給予明確規(guī)定。4彈性承接材料選擇目前常用的幾種減隔震裝置有分層橡膠支座、鉛芯橡膠支座、滑動摩擦型減隔震支座、高阻尼橡膠支座、鋼阻尼器和油阻尼器。一個完善的橋梁減隔震系統(tǒng)應(yīng)包含柔性支承、阻尼裝置和構(gòu)造措施三部分。常見的柔性支承裝置是橡膠支座，它能滿足橋梁在正常使用狀態(tài)下溫度等因素產(chǎn)生的位移要求。提供耗能的阻尼裝置主要有兩種：一種是利用材料塑性變形耗能的滯回阻尼；另一種是利用摩擦方式的摩擦耗能。減隔震裝置必須有足夠的柔性以延長周期、減小地震反應(yīng)，但在運(yùn)營荷載下，又要保證結(jié)構(gòu)不發(fā)生大變形和有害振動。通過選擇某種特性的彈性支承材料，可以達(dá)到上述目的。同時，需采用特殊的構(gòu)造措施保證支承以上結(jié)構(gòu)有較大的活動空間，但又不至于發(fā)生落梁和碰撞震害。5橋面混凝土加固施工某一四跨連續(xù)梁橋，跨徑組合為25+30+30+25m。上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，寬18m，高1.5m。箱梁混凝土用量為0.6m3,橋面鋪裝厚13cm。采用雙柱式橋墩,墩柱采用1.5×1.35m的實(shí)心鋼筋混凝土截面，橫向間距為4.15m,采用C30混凝土。通過比選，應(yīng)用減隔震概念來設(shè)計(jì)該橋是比較適宜的。針對該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及場地條件，選用工程中廣泛應(yīng)用的普通板式橡膠支座，在每一立柱頂均設(shè)置一個(中墩為GY900×138，邊墩為GJZ400×700×78），以延長結(jié)構(gòu)周期、減小地震反應(yīng)，并將上部結(jié)構(gòu)慣性力分散給各橋墩承受。5.1．2.2單自由度體系墩柱的設(shè)計(jì)地震力可采用單自由度計(jì)算模式。中墩柱的抗推剛度為9.96×104kN/m。邊墩柱的抗推剛度為1.24×105kN/m。板式支座GY900×138的剪切剛度為7.63×103kN/m。板式支座GJZ400×700×78的剪切剛度為6.0×103kN/m。單自由度體系的剛度為6.54×104kN/m。單自由度體系的自振周期為1.53s。不考慮地震力折減（減隔震設(shè)計(jì)一般不希望墩柱屈服），單自由度體系的設(shè)計(jì)地震力為4632.2kN。中墩一個墩柱的設(shè)計(jì)地震力為535.1kN。5.2恒載軸力設(shè)計(jì)中墩一個墩柱的墩底彎矩為3745.7kN·m。中墩一個墩柱的恒載軸力為5671.9kN。根據(jù)《橋規(guī)》規(guī)定的計(jì)算公式，墩柱在恒載軸力作用下，所能承受的彎矩為5998kN·m?？梢?，墩柱的地震反應(yīng)遠(yuǎn)小于墩柱的強(qiáng)度，墩柱處于彈性工作狀態(tài)。5.3墩柱抗剪能力由于墩柱未屈服，因此墩柱所受到的最大地震剪力為墩柱實(shí)際受到的水平地震力，如中墩一個墩柱的最大地震剪力為535.1kN,其值遠(yuǎn)小于墩柱的抗剪強(qiáng)度，墩柱的抗剪能力符合要求。5.4分行和基本驗(yàn)算5.4.1橡膠類檢驗(yàn)5.4.2基本控制計(jì)算對于彈性工作的橋墩基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)荷載取決于墩柱所受到的實(shí)際地震力，如中墩基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)荷載為：墩柱傳下來的恒載軸力為11343.8kN。6減隔震技術(shù)的應(yīng)用傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)主要依靠結(jié)構(gòu)自身具有的強(qiáng)度、延性、耗能能力來抗震，設(shè)計(jì)是通過增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和延性來實(shí)現(xiàn)。而減隔震技術(shù)是通過引入隔震裝置改變結(jié)構(gòu)在地震中的動力響應(yīng)特性，減少地震輸入，外加耗能機(jī)制作為主要的抗震構(gòu)件，以結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震為輔。減隔