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抗震升级——日本最大黏滞阻尼器更换工程
来源:转载:桥梁杂志   发布时间:2020-09-01   点击:1840次

   

日本名港跨海大桥是一个世界级的跨海斜拉桥群,自西向东分别包括名港西大桥、名港中央大桥和名港东大桥,统称名港跨海大桥。该桥连接名古屋港和周边几座城市,是日本一条重要陆路交通大动脉。名古屋港是日本最大也是最繁忙的国际贸易港口之一,陆上交通的通畅对当地经济发展至关重要。日本名古屋跨海大桥于1998年建成通车,是当时世界上为数不多的特大跨径斜拉桥。

    大桥在设计阶段采用了当时最先进的工程技术和最新的抗震设计规范,后来因为1995年神户大地震的发生,日本政府提高了所有抗震设计要求并修订了抗震设计规范,因此日本当局也相应提高了名港跨海大桥的抗震要求。由于大桥是当地重要的基础设施,也是重要的东西交通线,所以大桥管养部门决定对其进行抗震设备升级改造。

    名港跨海大桥东、中、西三部分目前正处于不同的加固改造阶段。名港东大桥的改造升级正处于概念设计阶段;名港西大桥的维修加固工程已经完成,其中就包括最大黏滞阻尼器的更换。名港中央大桥的维修加固方案目前已经确定,预计其黏滞阻尼器维修加固规模将超越名港西大桥,成为日本最大的阻尼器加固工程。

最具成本效益的解决方案

名港西大桥全长758米,是一座三跨斜拉桥,1985年建成通车。大桥管养部门根据神户大地震后的地震设计规范,对大桥原始结构进行了地震评估,并强调在某些特定位置,大桥结构极易受到地震所带来的破坏。评估结果表明,在强地震作用下,梁的纵向位移过大,将会引起相邻高架桥对中心梁体的冲击。另外,大梁钢构件的应力和桥墩末端的剪力,都远远超过了其承载力极限。以上结果表明,大桥的抗震改造已经迫在眉睫。但由于桥梁位置的特殊性,大桥管养部门不能对梁体和桥塔进行大规模加固施工,因此如何找到一个最具成本效益的解决方案,成为悬在养护人员头上的达摩克利斯之剑。

最终,大桥管养部门发现,安装减隔震支座和黏滞阻尼器是一个非常有效的解决方案。支座和阻尼器可以吸收地震能量并降低钢构件所受冲击,控制地震对桥体所带来的伤害,减少桥塔在屈曲点以下的局部应力,最小化主梁加劲施工,大幅降低主梁的纵向位移,避免相邻结构件的相互冲击。同时,养护管理部门还对名港西大桥原有的减隔震支座,以及连接桥面和下部结构的横向、纵向黏滞阻尼器(其主要作用是在桥墩间分配水平惯性力并吸收地震能量)进行了更换。

大型阻尼器的挑战

黏滞阻尼器是一种将黏滞流体推入节流孔并产生节流阻力的液压装置,这种装置可以吸收和消散地震能量。名港西大桥抗震规范对所安装的纵向黏性阻尼器,最大冲程要求是±650mm,最大响应速度是3.2m/s。一般情况下,日本最大阻尼冲程要求是±350mm,远远低于以上标准;阻尼器性能的评估通常也是在最大响应速度 1.5m/s 的情况下进行。因此,对应用在该大桥中的大型阻尼器进行设计、测试和制造也是一个不小的挑战。承担名港西大桥阻尼器生产、制造任务的公司是日本川金株式会社(Kawakin Core-Tech),为了确认较大冲程和较大响应速度对阻尼器性能所带来的影响,该公司对所产阻尼器进行了大量的测试和评估。

他们首先对小直径节流孔阻尼器样品进行了测试。测试过程中,技术人员发现当响应速度达到 3.2m/s时,由于速度过快,日本现有测试设备无法满足测试要求,无法对阻尼器进行测试。因此,技术人员为了重新创造流动条件,不得不对节流孔进行了缩小。

测试结果证实,抗震设计规定的流速范围内获得的阻尼力和设计值相差不超过±10%。于是,川金株式会社又制作了另外一个测试样品,该试样的阻尼套筒匹配了冲程为±650mm的阻尼器。最后的动力学测试结果显示,阻尼腔周围尺寸的变化并没有改变其响应速度,将可能导致杆件挠度偏转或影响流体的压力变化。

名港西大桥的抗震改造是一项重大的工程挑战,具有划时代的意义,需要联合日本最杰出的工程、施工和制造公司通力合作才能完成。在这次改造工程中,他们将首次采用日本建造史上最尖端的抗震设备。正在进行的名港中央大桥抗震改造工程,其施工难度和所面临的挑战有望或者超越名港西大桥。同时,这一重大基础设施工程的维修改造也是日本令和年间最重要的任务之一,从此拉开了日本养护新时代的到来。

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