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
3 ?( l/ z2 v7 \, m& Q | 纯滑动摩擦支座(FB) 8 Z0 K7 A" g# W* a' q! f% \6 g e& u
| 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。
) R0 b* ]9 @0 R) X/ _" b |
摩擦摆式支座(FPS) ( r' B& N$ Z0 ` O6 C. 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。
0 g; P' S. o$ n% P' z+ z |
双曲面球型减隔震支座(DCFP) 2 N* L; k& X* F
| 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。
- E% x$ Z& d" M2 O |
柔性支承隔震类
8 `9 j3 q: C) p: n | 板式橡胶支座(RB)
* T/ r0 r2 V n | 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。
% O- \/ T0 I" _# l9 L |
铅芯橡胶支座(LRB) 0 M \2 Q4 H6 q3 F7 e9 i
| 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。' B, m7 H1 X* r: O6 @9 S6 G! j
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高阻尼橡胶支座(HRB) ! m" i; X4 ^! u, O( s7 c3 u9 }
| 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。% F! o( @* w' d; A1 w: q- n8 k5 K3 M
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滚动接触隔震类
7 {+ G Y) f$ d | 滚轴支座 0 r1 X, i# E- F& x# Y Q
| 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。3 z$ o* G* v$ o) ^6 u
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金属耗能减震类 8 h5 F; a5 [6 {7 F$ b
| 弧形钢板条耗能器
0 }+ ^5 ?, p% N& Y1 w, j( ? | 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。. b2 P% t2 ? O: G q
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锥形钢悬臂阻尼器 5 B: N, I9 J5 C5 ^# W% 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。6 n7 }, X1 d0 ^7 _0 u9 W8 t
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YSD多向耗能支座
) W0 y/ Q& H: s7 w4 y" }. [ | 提供金属耗能减震技术,在欧洲国家使用广泛。
) x5 }! R* Z0 m6 q1 g |
粘滞阻尼耗能减震类
( w9 x6 O5 z* p- a# f | 液体粘滞阻尼器(FVD)
. M4 o$ h& m$ g; w6 O' J | 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。
' X) E% m" a6 x0 t% |9 j |
液体粘滞弹簧阻尼器
! G& b* S$ X- S2 N | 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。
6 Z; R4 y: E3 A: X |
Lock-up锁定技术类
/ ]( W @! P' I0 W) w, ]8 D | 限位阻尼器(Lock-up) : \- |+ O$ p$ { c/ x
| 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。% N% i# n) h, {: n" |2 V) S
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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。