最近刚完成一个桥梁抗震的课题,结合个人的经验提点看法。具体设计上来说桥梁抗震应该加强两个方面的内容,一个是概念设计、一个是构造细节设计。需要注意的是,这两个东西其实和具体的抗震计算关系不大,大家也都清楚,抗震计算是最不靠谱的东西,地震的东西是算不清楚的,计算只是辅助手段,只是验证概念和细节的合理性。所以设计师需要的是对桥梁抗震设计基本概念和原理的深刻理解。从结构上来说,要清楚哪些结构有利于抗震,哪些结构抗震不利,其中包括桥型、上部结构、下部结构、墩台、基础的处理等等。构造细节措施则包括一些基本的抗震措施,比如支座的选择、挡块的设置等等,还包括构件细节的构造措施、比如墩的箍筋配置、节点配筋构造。下面介绍一点具体的内容:
1.减隔震是从结构上彻底改善桥梁的抗震性能的,但是不同的减隔震技术有其适用范围:我根据常用的减隔震原理的不同,将隔震技术划分为柔性支承隔震技术、滑动接触隔震技术等,滚动接触隔震技术,将减震技术分成金属耗能减震技术、粘滞阻尼耗能减震技术、摩擦耗能减震技术、粘弹性耗能减震技术等,依据以上介绍的各种减隔震技术可以制作出各种不同的减隔震装置。有的减隔震装置集中体现了某一项减隔震技术,而有的减隔震装置则组合使用了多种减隔震技术。在设计选型过程中,有时可以单独使用一种减隔震装置,有时将几种减隔震装置组合在一起使用。例如:
类别 | 装置名称 | 特点 |
滑动接触隔震类 " b! Q9 ]6 R# \- h8 K
| 纯滑动摩擦支座(FB)
; z5 X' h3 M! J2 i3 s% v9 o9 z& n7 i | 提供滑动接触隔震和摩擦耗能减震技术,但是无恢复刚度。对输入地震波频率不敏感,隔震范围较广泛。纯滑动体系可能会导致较大的结构位移,一般与具有恢复能力的构件联合使用。
1 l9 V) q( C. {8 w; n0 \5 v( ^ |
摩擦摆式支座(FPS) - [! ]% t; e# J1 m" f2 G" U5 u
| 可以提供滑动接触隔震和摩擦耗能减震技术,可以提供恢复刚度,应用广泛。
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双曲面球型减隔震支座(DCFP)
' \& s, [/ j" M3 c6 Q7 W | 基本概念同摩擦摆式支座,但比普通的FPS具有更大的滑动位移范围,同时有更多的设计参数可供结构体系优化设计使用。
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柔性支承隔震类 ' A1 I- x% `4 v
| 板式橡胶支座(RB) $ C( l" v2 g5 ^' u. G, R& D1 @
| 提供柔性支承隔震技术,但是几乎没有耗能能力,一般需要与其他耗能阻尼装置联合使用。$ J: e. W9 j1 J& m6 V
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铅芯橡胶支座(LRB)
) D- J0 }9 K! U& x | 同时提供柔性支承隔震和金属耗能减震技术,结合了叠层橡胶支座和铅阻尼器的优点,在地震激励下具有较小的水平刚度和较大的阻尼特性。应用最为广泛。
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高阻尼橡胶支座(HRB)
7 T1 i3 z) t6 g: S6 S5 l+ F) j( r | 能够提供柔性支承隔震技术和粘滞阻尼耗能技术,采用特殊配制的橡胶材料制作,其形状及构造与天然橡胶支座相同,但自身具有较好的耗能能力。: C& u. c# ?2 c
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滚动接触隔震类 $ V+ L; `9 ]. t# _# t( f: o, j
| 滚轴支座 2 x) G! k k1 \, n$ ~: B7 `! _
| 可以提供滚动接触隔震,隔震效果较为理想,新型滚轴支座扩大了减隔震支座的频率适用范围,摆脱了位移和加速度需求的双重制约。但由于此种支座滚动接触面较小,竖向承载能力有限。+ v+ F6 a9 D+ x- g8 A
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金属耗能减震类 ' B5 G6 f5 R6 g6 y4 N5 y( Q$ i3 k
| 弧形钢板条耗能器 $ c5 v Z& d4 i5 _
| 可以提供金属耗能减震技术和恢复刚度,常与其它隔震支座组合使用。
2 t- a7 Z* d. ?$ u |
锥形钢悬臂阻尼器
: w5 A3 l7 h, q) `' l# `3 @6 a( Z | 可以提供金属耗能减震技术、恢复刚度和初始刚度。常与隔震支座组合使用。
( H, \3 G, G9 ~" s( W( H |
YSD多向耗能支座 . \1 b" X; n* J' A g I
| 提供金属耗能减震技术,在欧洲国家使用广泛。. Z! D' {& O3 f4 r c
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粘滞阻尼耗能减震类 $ c3 n1 e5 E5 O+ G, s7 i+ X, c! K
| 液体粘滞阻尼器(FVD)
+ q/ u- `- @# s$ j; Q | 提供粘滞阻尼耗能减震技术,不对主体结构附加刚度。在缓慢变形下,产生抗力接近于零,不会影响到结构正常使用功能。
e8 n8 C) f* y6 X |
液体粘滞弹簧阻尼器
9 K* R- i4 M2 b- H | 提供粘滞阻尼耗能技术和恢复刚度,在粘滞阻尼器的基础上增加弹簧装置,使粘滞阻尼器具有一定的恢复刚度。
2 I( a. x8 p) D7 I+ h5 \+ \3 R |
Lock-up锁定技术类
5 h \3 x+ R, Z+ ~1 E. n2 P3 U! ~ | 限位阻尼器(Lock-up)
. G4 f4 P+ z" N/ G$ X2 U8 A; N& q# D. _ | 类似速度开关的装置,当速度大于启动值时,装置启动,变成刚性连杆,锁住装置两端点之间的位移。不能直接提供减隔震技术,但可以使各桥墩之间地震力的分配更为合理。, h1 i' K4 f$ [3 w# f# O: Y# M
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2.构造细节方面,我在桥墩的构造细节方面进行了研究。桥墩构造细节抗震有效性评估的研究范围包括:箍筋锚固构造有效性评估、箍筋阻止纵筋层间屈曲有效性评估、箍筋阻止纵筋长距离屈曲有效性评估、纵筋锚固构造有效性评估、箍筋约束混凝土有效性评估。我选择这五项构造细节的有效性进行研究,是因为这些构造细节对桥墩的承载能力和变形能力有重要影响。