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
" L2 M' q2 C/ g/ L& F | 纯滑动摩擦支座(FB) # P! t7 m! i+ [- y
| 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。. n& l' p+ T2 Q- \2 o( n* O
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摩擦摆式支座(FPS)
$ D; u! p( z3 J J; r- ] | 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。( D9 S' ~% x6 k* V; A3 ?1 U6 w7 p
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双曲面球型减隔震支座(DCFP)
8 m' T5 Y0 \, b* z' x | 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。' }6 u* S/ P- k8 g7 n
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柔性支承隔震类
8 q# q* ^* ?. m ~' @+ |1 H | 板式橡胶支座(RB) % g! U8 J& h! d5 s4 x' e7 c% `2 t. H T
| 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。+ q6 z7 d* h* `0 C4 F
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铅芯橡胶支座(LRB)
5 g! g; z$ L! \2 [& C$ ]& k | 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。
- r3 ^/ k# U9 B% y! W |
高阻尼橡胶支座(HRB)
3 u, v; k1 H! v, X | 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。
# b3 N& m9 b; h$ y* Y |
滚动接触隔震类
% m" l3 g% F- _) L& l9 w' ?9 h0 m! Q: l | 滚轴支座
4 K, \( b+ {5 j- n6 I9 p$ E8 ] | 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。
+ ?8 Y; Y8 e% P |
金属耗能减震类
/ l# r7 J3 M) T$ k: a | 弧形钢板条耗能器
! V- D, i9 \4 R | 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。
% E2 ]% z/ W5 |% y1 `( _, E& u7 l |
锥形钢悬臂阻尼器 , M4 J k4 z8 g2 q
| 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。
1 k; `! ^- v. w7 j0 c |
YSD多向耗能支座 7 d' k. |5 z) J* [9 x
| 提供金属耗能减震技术,在欧洲国家使用广泛。
4 E2 T9 S2 _" L/ n0 E$ n& T5 l$ ] |
粘滞阻尼耗能减震类 / T8 e7 p) U8 a Y& H9 V8 o* l
| 液体粘滞阻尼器(FVD)
# C6 f! m4 L+ Z) u2 d. {. _0 s | 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。
. `% {4 j& O% u0 u |
液体粘滞弹簧阻尼器
: s8 `8 v8 A# S" b$ w3 I2 ?1 ` | 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。) P/ F) v! s: T( f; d3 G/ }
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Lock-up锁定技术类 $ a) s# ^4 k/ M/ A* r. m- z+ _
| 限位阻尼器(Lock-up)
9 L' y- f5 z* y: V1 n$ Z' W% 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。" ^" y! [# N9 k+ o& x1 P8 l/ `% {
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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。