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 h/ B: G8 v( d8 ^, k- g
| 纯滑动摩擦支座(FB)
7 ?- C0 a9 { g4 h' B: ^ | 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。5 n$ g% D( M* X7 E
|
摩擦摆式支座(FPS) : x0 x f# P. w
| 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。
& k6 a3 x8 H6 |; x |
双曲面球型减隔震支座(DCFP)
. Z$ _ v& N* l9 N/ z 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。
0 Y- J! L. A7 M8 C2 ]: G6 ^& _ |
柔性支承隔震类
4 k% Z/ |1 H2 ^7 n/ t( Q | 板式橡胶支座(RB) - _ M! r0 G9 W% P: G4 m6 ]
| 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。
, \* V7 f; Q6 ~+ H4 t- j |
铅芯橡胶支座(LRB) / t2 j1 |6 \+ P4 @+ 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。
0 n+ Z. n6 B; b( X& G' D' W |
高阻尼橡胶支座(HRB) 5 K8 M& c2 e; b# u M1 `
| 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。
, w/ G' U) H+ p+ D# i |
滚动接触隔震类
3 {4 d: k2 {+ q0 P1 H) k/ [ | 滚轴支座
0 h2 X, c' U/ n4 y | 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。1 h1 m) Y/ r1 O# `" ~. l, m( o3 I
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金属耗能减震类
: q5 b8 K x% m% { A | 弧形钢板条耗能器 # [0 p/ q" Q: Q- j/ U
| 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。" F" k' n$ x( B9 ?2 D2 [9 ]
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锥形钢悬臂阻尼器 3 P( r# I7 n/ l6 C4 l7 Y' L
| 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。
- Y R, g( f" s# p+ W5 v: T# G |
YSD多向耗能支座
) a# N t9 Z) {9 j( B | 提供金属耗能减震技术,在欧洲国家使用广泛。) S( c2 N( y2 ^8 D$ I5 |9 r
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粘滞阻尼耗能减震类 " l" U4 i, n8 ?
| 液体粘滞阻尼器(FVD) + H$ g- m$ \- @! p* L# {- G
| 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 [7 o4 k) q9 e B |
液体粘滞弹簧阻尼器
5 ^- l7 I1 B. `9 T* y7 D5 K3 S# f | 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。
: l, R$ K: D# v9 {$ h; B: E |
Lock-up锁定技术类 - I+ B& @8 r& U6 c. R! @) |) k
| 限位阻尼器(Lock-up) $ T; `6 r* n) Y2 I( {2 B# s
| 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。
; b* N0 k6 [7 C |
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。