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 , A: \$ ~5 x- | ~! f8 \$ z( k
| 纯滑动摩擦支座(FB)
8 S7 \. C$ q- j | 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。
4 q. G7 O9 K* d0 Z( c( Y- r# q/ s |
摩擦摆式支座(FPS) 4 G, Z/ w3 _/ ^- Q; h% U g
| 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。' [9 j4 J, Z# v2 ~. _: ?
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双曲面球型减隔震支座(DCFP)
& W, _3 a3 T3 s' T | 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。9 K# p0 p' Q& {
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柔性支承隔震类 ( k: s3 X4 T9 C, a+ ?0 J( F9 t
| 板式橡胶支座(RB) % e7 h2 u, 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。
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铅芯橡胶支座(LRB)
; b( T' N) C1 t1 q6 S; t1 n! ?3 Q: l | 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。& i( O/ [) e% T" \$ E
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高阻尼橡胶支座(HRB) # m. `% H4 E0 ?. n
| 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。
8 f3 f5 ?( P/ J$ k& \$ q2 }* _. s |
滚动接触隔震类
7 h/ O; \ ]- a k! [. ] | 滚轴支座
* h9 n/ d$ ]( L" j | 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。% }6 d9 t% m! N1 G0 m
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金属耗能减震类
- @! _. f9 i( @3 m+ c4 ~/ ^1 R | 弧形钢板条耗能器
" k' t! G/ g! E$ ? | 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。
t. R* r. }7 g7 N$ |+ Y |
锥形钢悬臂阻尼器 ( P+ v2 a9 n% d$ A( w. G/ 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。- e4 S4 f" K3 Y4 m: p5 x3 J, B' b
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YSD多向耗能支座 . Y9 @3 p4 N9 h1 p+ E6 K
| 提供金属耗能减震技术,在欧洲国家使用广泛。
6 R; j0 j+ w' q |
粘滞阻尼耗能减震类
7 c" ]) p! Q7 ?( q2 E( h | 液体粘滞阻尼器(FVD)
$ q7 b+ H* {6 i6 V P, z. h5 i | 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。
l, g8 N7 e2 ^5 f" l; P! ? |
液体粘滞弹簧阻尼器 1 _8 Z+ S% G& y% t6 j) R9 A
| 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。
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Lock-up锁定技术类 6 X7 [& t3 [3 D& t8 T5 I
| 限位阻尼器(Lock-up)
1 q1 d3 [1 N6 i, |/ M* _3 R | 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。
% ?7 R1 E# c' B, h* q |
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。