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
0 P* x$ N1 V1 P( g | 纯滑动摩擦支座(FB)
* u; F6 j+ o' p3 h- ?2 n# o' v. S | 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。, a2 ]3 v. M3 c; b {
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摩擦摆式支座(FPS)
0 A4 }& s1 S L; o: y: @; V1 o* S$ Z | 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。& w2 O- h3 F' i9 L* ^! V, G
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双曲面球型减隔震支座(DCFP)
5 X6 b6 q5 A: Y X6 Y4 R | 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。* X* [8 `/ |/ o, J# p. }
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柔性支承隔震类 : ^. T$ j$ R1 p, o- B5 o0 X
| 板式橡胶支座(RB) ( {& C- b' _( G* e! L. D
| 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。' a: \0 H# f$ ]) z0 B$ P
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铅芯橡胶支座(LRB)
/ f8 C/ p0 h4 M) ~ | 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。
& F& K6 u v; J) V |
高阻尼橡胶支座(HRB) ( e) r; D0 g* X7 e4 P6 j
| 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。
- M3 Z% }0 g0 h! h |
滚动接触隔震类 $ ~4 v6 l0 k5 z8 g% {- ?, K& \( o
| 滚轴支座 % W$ v1 f+ O9 n4 x, k& [$ B9 L
| 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。
# p" A! A6 n) v* n- H/ R4 |1 d |
金属耗能减震类 w6 ?, N( u ~$ M( o4 n
| 弧形钢板条耗能器
- W( K8 P6 N7 e' n# y- u$ K2 y: T | 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。& L" [6 R( z3 z+ ^
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锥形钢悬臂阻尼器
8 m, Y* y p( M& t; H2 R0 [, u8 {4 _/ _5 P | 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。
d" N1 Z5 e( P1 v+ l5 z' B: @ |
YSD多向耗能支座 6 g- X# d" I5 t8 `/ d1 F% x' o6 F* [
| 提供金属耗能减震技术,在欧洲国家使用广泛。+ [, l2 W: }0 _7 x; i' }! @* w4 d1 Z
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粘滞阻尼耗能减震类
5 z, @6 F9 u/ E3 c3 \ | 液体粘滞阻尼器(FVD) % g' T, U! I8 d, _
| 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。
7 a. T, o; E$ S5 a- }$ a% @ |
液体粘滞弹簧阻尼器 / o- N Q1 A6 g
| 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。
% O! e$ O( K6 ?/ _2 } |
Lock-up锁定技术类 5 W2 s" Q/ z8 p8 ]; ^) v
| 限位阻尼器(Lock-up)
1 t# `5 [; k" N! E, j" J3 N | 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 } J) N' S- e4 i, l' l3 @, k6 K
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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。