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 5 Z7 s+ q. y2 a: L4 ^1 ?4 R5 q
| 纯滑动摩擦支座(FB) 8 k2 @# i: Q% A: s/ ?8 d: d
| 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。( j" J/ x. w* i1 R( g7 D
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摩擦摆式支座(FPS)
& J3 _' u0 | L' u) c* G1 e | 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。
: A' O+ {8 Y6 D8 k7 N3 X |
双曲面球型减隔震支座(DCFP) k5 i5 r! `8 W: y' S; n; P3 U/ z+ @
| 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。! X9 k' E+ E4 M! T" T
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柔性支承隔震类
$ ?# m4 u5 I9 A# a5 u | 板式橡胶支座(RB)
8 b% _5 D3 K! d3 J | 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。
. w* v/ H& a2 A6 O) Q& Y: h/ _" _1 b- T |
铅芯橡胶支座(LRB)
1 ?9 i6 ~! \8 f | 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。
3 u3 U/ A1 e" a- y, L" j |
高阻尼橡胶支座(HRB) ! t) o! D. d& X6 U2 B6 t% m$ c- v' q
| 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。4 I! X, H" o% G8 e# I& k& V J* X
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滚动接触隔震类
$ ~6 b3 m( |. |! `/ M. K6 F | 滚轴支座
, F6 A' B, V9 h8 f | 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。+ o: y' k" T/ V3 l0 X
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金属耗能减震类 " A9 }; p" F, D0 c3 F6 P% e7 q4 ?
| 弧形钢板条耗能器 9 \ G2 N X- K$ _- E4 f2 K5 W
| 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。5 e) _( U1 ?) a& _" g: X! |
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锥形钢悬臂阻尼器
: x K& D R- j* H' N' C | 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。
2 Z* o# }( a& O5 i0 T5 | |
YSD多向耗能支座
; [) F. A: o' {8 o" W1 D" Z | 提供金属耗能减震技术,在欧洲国家使用广泛。6 {. M5 p( z' q
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粘滞阻尼耗能减震类
& h# J- j% `- a$ g | 液体粘滞阻尼器(FVD) : ^' r- L6 P' ]; A
| 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。
* I( X( _; @+ c; C1 T# |6 d& ~# e |
液体粘滞弹簧阻尼器 + T' L3 I! J, ~5 I0 |
| 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。
; y4 O, i0 v. o0 q" n |
Lock-up锁定技术类
( m; v. z% |( L5 \ | 限位阻尼器(Lock-up)
; Z* w+ b4 d, y$ M* J | 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。1 ~9 g: h7 N1 \2 ~* k3 a
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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。