抗震技術(shù)——橋梁的減、隔震技術(shù)

* 來源 : 煤化院轉(zhuǎn)載 * 作者 : admin * 發(fā)表時間 : 2022/05/07 15:51:29 * 瀏覽 : 1648

橋梁的減、隔震技術(shù)作為一項(xiàng)重要的抗震技術(shù)措施,可以在解決傳統(tǒng)抗震思路弊端的同時顯著提升橋梁結(jié)構(gòu)抗震性,將地震對橋梁的損害降到最低,因此其在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用具有重要價值。橋梁的減隔震技術(shù)主要是通過科學(xué)以及合理的設(shè)計措施而使其結(jié)構(gòu)體系能夠達(dá)到一定的隔震或者減震的作用,以確保其結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。根據(jù)結(jié)構(gòu)體系對地震響應(yīng)的基本規(guī)律,橋梁減隔震技術(shù)的具體作用原理可概括為三點(diǎn):

1、延長結(jié)構(gòu)自振周期。在結(jié)構(gòu)中通過設(shè)計柔性支撐結(jié)構(gòu)的方式來實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)周期進(jìn)行延長的目的,使結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)降低,以便減弱地震作用下的地震動響應(yīng)。

2、減小結(jié)構(gòu)位移量。結(jié)構(gòu)自振周期的延長勢必造成結(jié)構(gòu)的位移量增加,為了減小這部分增加的結(jié)構(gòu)位移量,可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計中以科學(xué)、合理的方法應(yīng)用一些阻尼器式能量耗散元件。發(fā)生地震時隨著結(jié)構(gòu)受力變形增大,阻尼器由原本的彈性狀態(tài)快速進(jìn)入塑形狀態(tài),并產(chǎn)生阻尼來消耗地震的能量,以此增加結(jié)構(gòu)的能量耗散能力和阻尼值。

3、合理的剛度值設(shè)計。在設(shè)計柔性支撐結(jié)構(gòu)的同時,應(yīng)該確保在正常使用荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)剛度的合理性,可以在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中增設(shè)專門的間隔裝置,進(jìn)行支撐整個橋梁結(jié)構(gòu)。

常見的橋梁減隔震技術(shù)有以下三種:

1、鉛芯橡膠支座。鉛芯橡膠支座是一種減隔震支座,它是由普通疊層橡膠支座在其中間豎直地灌入適當(dāng)直徑的鉛芯形成。疊層橡膠支座承擔(dān)橋梁上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的重量和水平位移的功能,地震時鉛芯在橡膠支座剪切變形時,靠塑性變形吸收能量,地震后鉛芯又通過動態(tài)恢復(fù)與再結(jié)晶過程,以及橡膠的剪切拉力的作用,使橋梁自動恢復(fù)原位。鉛芯屈服應(yīng)力較小,地震作用下鋼筋屈服,剛度降低,延長了結(jié)構(gòu)周期,則鉛芯橡膠支座使隔震支座和阻尼器的功能一體化,可以單獨(dú)在隔震中使用,沒有必要額外設(shè)置阻尼器,是目前比較理想的減隔震裝置。

2、摩擦擺式支座。1985年美國的Zayas等人提出摩擦擺式支座的減隔震理念,同年由美國地震保護(hù)體系(EPS)公司研制而成,并首先用于房屋建筑,而后應(yīng)用到橋梁、大型儲油罐等結(jié)構(gòu)上。相比于其他支座,其承載能力高、隔震效果好,在大跨度橋梁上得到了越來越廣泛的應(yīng)用,它同時具有減震和隔震的功能。

3、液體粘滯阻尼器。粘滯阻尼器是根據(jù)流體運(yùn)動,特別是當(dāng)流體通過節(jié)流孔時會產(chǎn)生節(jié)流阻力的原理而制成的,是一種與活塞運(yùn)動速度相關(guān)的阻尼器。粘滯阻尼器剛開始主要出現(xiàn)在軍工、機(jī)械等領(lǐng)域的減震系統(tǒng)中,后來由于其在耗能減振方面的優(yōu)良性能,例如吸收和耗散能量的能力強(qiáng)、阻尼力——位移滯回曲線圓滑飽滿等,逐漸被引入到土木工程領(lǐng)域,并迅速得到了該領(lǐng)域工程設(shè)計人員的認(rèn)可而廣泛應(yīng)用。

當(dāng)發(fā)生地震時,它通過內(nèi)部相互作用,包括阻尼介質(zhì)與活塞之間的相互作用、阻尼介質(zhì)與油缸之間的相互作用、介質(zhì)之間的相互作用、活塞桿與密封件之間的相互作用實(shí)現(xiàn)了機(jī)械能轉(zhuǎn)換為熱能并耗散掉,從而在很大程度上削弱了地震的能量。液體粘滯阻尼器作為速度相關(guān)型的耗能元件,它在增加結(jié)構(gòu)阻尼比方面做出了巨大的貢獻(xiàn),且對結(jié)構(gòu)只提供附加阻尼而不會增大橋梁的剛度。此外,它還具有阻尼系數(shù)調(diào)整幅度大、經(jīng)濟(jì)性好、適用性好、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)使其在橋梁抗震中始終占領(lǐng)著舉足輕重的地位。

資料參考:《橋梁結(jié)構(gòu)中的減隔震技術(shù)原理研究》周潤翔。