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抗震技术——桥梁的减、隔震技术

* 来源: 煤化院转载 * 作者: admin * 发表时间: 2022-05-07 15:51:29 * 浏览: 68

桥梁的减、隔震技术作为一项重要的抗震技术措施,可以在解决传统抗震思路弊端的同时显著提升桥梁结构抗震性,将地震对桥梁的损害降到最低,因此其在桥梁结构设计中的应用具有重要价值。桥梁的减隔震技术主要是通过科学以及合理的设计措施而使其结构体系能够达到一定的隔震或者减震的作用,以确保其结构具有良好的抗震性能。根据结构体系对地震响应的基本规律,桥梁减隔震技术的具体作用原理可概括为三点:

1、延长结构自振周期。在结构中通过设计柔性支撑结构的方式来实现对结构周期进行延长的目的,使结构加速度反应降低,以便减弱地震作用下的地震动响应。

2、减小结构位移量。结构自振周期的延长势必造成结构的位移量增加,为了减小这部分增加的结构位移量,可以在结构设计中以科学、合理的方法应用一些阻尼器式能量耗散元件。发生地震时随着结构受力变形增大,阻尼器由原本的弹性状态快速进入塑形状态,并产生阻尼来消耗地震的能量,以此增加结构的能量耗散能力和阻尼值。

3、合理的刚度值设计。在设计柔性支撑结构的同时,应该确保在正常使用荷载作用下桥梁结构刚度的合理性,可以在桥梁结构设计中增设专门的间隔装置,进行支撑整个桥梁结构。

常见的桥梁减隔震技术有以下三种:

1、铅芯橡胶支座。铅芯橡胶支座是一种减隔震支座,它是由普通叠层橡胶支座在其中间竖直地灌入适当直径的铅芯形成。叠层橡胶支座承担桥梁上部结构传递下来的重量和水平位移的功能,地震时铅芯在橡胶支座剪切变形时,靠塑性变形吸收能量,地震后铅芯又通过动态恢复与再结晶过程,以及橡胶的剪切拉力的作用,使桥梁自动恢复原位。铅芯屈服应力较小,地震作用下钢筋屈服,刚度降低,延长了结构周期,则铅芯橡胶支座使隔震支座和阻尼器的功能一体化,可以单独在隔震中使用,没有必要额外设置阻尼器,是目前比较理想的减隔震装置。

2、摩擦摆式支座。1985年美国的Zayas等人提出摩擦摆式支座的减隔震理念,同年由美国地震保护体系(EPS)公司研制而成,并首先用于房屋建筑,而后应用到桥梁、大型储油罐等结构上。相比于其他支座,其承载能力高、隔震效果好,在大跨度桥梁上得到了越来越广泛的应用,它同时具有减震和隔震的功能。

3、液体粘滞阻尼器。粘滞阻尼器是根据流体运动,特别是当流体通过节流孔时会产生节流阻力的原理而制成的,是一种与活塞运动速度相关的阻尼器。粘滞阻尼器刚开始主要出现在军工、机械等领域的减震系统中,后来由于其在耗能减振方面的优良性能,例如吸收和耗散能量的能力强、阻尼力——位移滞回曲线圆滑饱满等,逐渐被引入到土木工程领域,并迅速得到了该领域工程设计人员的认可而广泛应用。

当发生地震时,它通过内部相互作用,包括阻尼介质与活塞之间的相互作用、阻尼介质与油缸之间的相互作用、介质之间的相互作用、活塞杆与密封件之间的相互作用实现了机械能转换为热能并耗散掉,从而在很大程度上削弱了地震的能量。液体粘滞阻尼器作为速度相关型的耗能元件,它在增加结构阻尼比方面做出了巨大的贡献,且对结构只提供附加阻尼而不会增大桥梁的刚度。此外,它还具有阻尼系数调整幅度大、经济性好、适用性好、维护费用低等优点使其在桥梁抗震中始终占领着举足轻重的地位。

资料参考:《桥梁结构中的减隔震技术原理研究》周润翔。