鐵路橋梁的減隔震技術(shù) 要如何運(yùn)用

ad收復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)ad收復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)地震動(dòng)峰值加速度較高地區(qū)的鐵路橋梁的減隔震技術(shù)的應(yīng)用研究5.12汶川大地震后，中國鐵道學(xué)會(huì)于2008年8月27～28日在成都召開了“地震災(zāi)害對(duì)鐵路的影響及對(duì)策學(xué)術(shù)研討會(huì)”，與會(huì)專家普遍認(rèn)為：鐵路橋梁應(yīng)加強(qiáng)“減隔震技術(shù)”的應(yīng)用，用“減隔震”的設(shè)計(jì)理念代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“抗震”設(shè)計(jì)理念。與房屋和公路橋梁不同的是，鐵路橋梁有列車行駛的安全性和舒適性的特別要求，為了滿足這一特別要求，鐵路橋梁結(jié)構(gòu)必須具備“剛度大”的特點(diǎn)，即要求結(jié)構(gòu)具有足夠的橫向剛度，與此相對(duì)應(yīng)的是：鐵路橋梁因剛度大導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)比公路橋梁的地震響應(yīng)大得多，為了減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，采用減隔震技術(shù)就成了必然的選擇途徑之一；但隔震技術(shù)是以延長結(jié)構(gòu)自振周期來實(shí)現(xiàn)的，可見，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)要求結(jié)構(gòu)變“柔”，保證橋梁的正常安全運(yùn)營要求結(jié)構(gòu)變“剛”，二者的要求正好相反，因此，如何處理好鐵路橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能和橫向剛度這一對(duì)矛盾，是隔震技術(shù)在鐵路橋梁中能否廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵所在。減隔震技術(shù)的機(jī)理減小鐵路橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的有效途徑主要有如下兩條：◆延性設(shè)計(jì)方法，通過在構(gòu)件的合適位置設(shè)定塑性鉸和仔細(xì)設(shè)計(jì)構(gòu)件的細(xì)部構(gòu)造，可以達(dá)到在地震作用下結(jié)構(gòu)的整體性和防止結(jié)構(gòu)倒塌的發(fā)生。但采用延性設(shè)計(jì)，不可避免地使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷?！艚Y(jié)構(gòu)控制方法，包括被動(dòng)控制技術(shù)、主動(dòng)控制技術(shù)、混合控制技術(shù)等，近幾十年來發(fā)展起來的減隔震技術(shù)是運(yùn)用結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制的原理在土木工程結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)減小結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的有效方法。減隔震技術(shù)是通過采用減隔震裝置來盡可能地將結(jié)構(gòu)或部件與可能引起破壞的地震地面運(yùn)動(dòng)或支座運(yùn)動(dòng)分離開來，減少傳遞到上部結(jié)構(gòu)的地震作用和能量。在實(shí)際工程應(yīng)用中，大跨度柔性結(jié)構(gòu)往往采用提供適當(dāng)阻尼的方法，如采用具有減震耗能的粘滯液體阻尼器、彈塑性軟鋼阻尼支座、LUB速度鎖定支座、調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD）、調(diào)諧液體阻尼器（TLD）等裝置來實(shí)現(xiàn)減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)的目的；而對(duì)于普通的小跨度梁式結(jié)構(gòu)，則是采用增加系統(tǒng)的柔性的方法，如采用疊層橡膠支座、鉛芯橡膠支座等裝置實(shí)現(xiàn)隔震，從而減小結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的目的。減隔震技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀5.2.1減震支座（裝置）的應(yīng)用狀況減震技術(shù)是通過在梁體與橋塔、橋墩、橋臺(tái)的連接處安裝水平柔性支撐，耗散地震輸入能量，減小地震對(duì)橋梁主體結(jié)構(gòu)的破壞。減震支座應(yīng)具有如下的功能（1）減震支座除了滿足普通支座的功能外，在列車制動(dòng)力、風(fēng)荷載和中、小地震作用下，橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的水平剛度以滿足鐵路橋梁的使用要求；（2）在大震作用下，最好的減肥方法及時(shí)收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)隨著橋梁結(jié)構(gòu)水平位移的增加，耗能（阻尼）裝置進(jìn)入耗能狀態(tài)，大量耗散輸入給橋梁結(jié)構(gòu)的地震能量，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。減震支座具有如下的優(yōu)點(diǎn)（1）技術(shù)的合理性（相對(duì)于傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)方法）；（2）結(jié)構(gòu)的安全性（耗能裝置屬承重構(gòu)件，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全性不構(gòu)成威脅）；（3）安裝的簡便性（減震裝置的安裝簡單、施工周期短、對(duì)結(jié)構(gòu)的影響?。?；（4）使用的經(jīng)濟(jì)性（與增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來達(dá)到抗震目的相比，可以節(jié)約橋梁的工程造價(jià)）。減震支座的類型減震支座類型較多，目前，適合在鐵路橋梁上使用的減震支座的類型主要有如下幾種：（1）彈塑性軟鋼阻尼支座在大震作用下，利用金屬材料（軟鋼）的塑性變形，耗散輸入橋梁結(jié)構(gòu)中的能量，從而達(dá)到減震的目的。彈塑性軟鋼阻尼支座是在彈塑性軟鋼阻尼器的基礎(chǔ)上研發(fā)的一種新型支座，按形狀分為E型和C型兩種，如圖5-1和5-2。圖5-1E型鋼阻尼支座圖5-2C型鋼阻尼支座（2）LUB速度鎖定支座在變化速度較快的地震作用、列車制動(dòng)力、風(fēng)荷載作用下，LUB速度鎖定支座能將上部結(jié)構(gòu)傳給橋墩的地震作用合理地分配到多個(gè)橋墩，改變了連續(xù)梁橋僅由一個(gè)固定橋墩承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)的慣性力的不合理狀況。LUB速度鎖定支座如圖5-3所示。圖5-3LUB速度鎖定支座（3）粘滯液體阻尼器粘滯液體阻尼器有如下的特點(diǎn)：

★高速度下，可消耗大量能量，但不給橋梁結(jié)構(gòu)附加任何剛度。

★低速度下，不影響結(jié)構(gòu)的小位移。

★有阻尼系數(shù)調(diào)整幅度大、工程應(yīng)用廣泛、產(chǎn)品穩(wěn)定性好、施工維修方便等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。粘滯液體阻尼器如圖5-4所示。圖5-4粘滯液體阻尼器5.2.2隔隔震技術(shù)是利用隔震層隔斷地震作用由橋墩向梁體的傳播，通過延長結(jié)構(gòu)周期，增加耗能能力來實(shí)現(xiàn)的，從而達(dá)到減小地震對(duì)橋梁主體結(jié)構(gòu)破壞的目的。隔震支座的特點(diǎn)（1）采用隔震支座，可保證上部結(jié)構(gòu)的變形在彈性范圍內(nèi)，確保了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性；（2）由于隔震支座延長了結(jié)構(gòu)的自振周期，故在列車制動(dòng)力、風(fēng)荷載和中、小地震作用下，橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的水平剛度難于滿足。隔震支座的類型隔震支座類型較多，目前，適合在鐵路橋梁上使用的隔震支座的類型主要有如下幾種：（1）鉛芯橡膠支座鉛芯橡膠支座是在普通疊層橡膠支座的中部垂直地灌入純度為99.9%的鉛芯而制成的。鉛芯橡膠支座具有很好的滯回特性，其耗能是通過鉛芯的屈服剪切變形來實(shí)現(xiàn)的。鉛芯橡膠支座如圖5-5所示。圖5-5鉛芯橡膠支座（2）摩擦擺式支座摩擦擺式支座是通過摩擦耗能的方式將地震能量轉(zhuǎn)化為熱能，同時(shí)，通過擺式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)將地震能量轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，延長結(jié)構(gòu)基本自振周期，其耗能是通過摩擦和擺式結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。摩擦擺式支座如圖5-6所示。圖5-6摩擦單擺式阻尼支座產(chǎn)品圖減隔震技術(shù)在國內(nèi)外橋梁中的應(yīng)用事例減隔震控制技術(shù)在國內(nèi)外橋梁中的應(yīng)用情況簡述如下：（1）韓國Cho-Ji橋和iLM橋上安裝了E型鋼阻尼支座（圖5-7）圖5-7韓國Cho-Ji橋和iLM橋的E型鋼阻尼支座（2）美國的加利福尼亞州橋梁翻新工程（圖5-8）圖5-8加利福尼亞州橋梁（3）1997年葡萄牙的“Ponte25deAbril”懸索橋安裝了24個(gè)LUB速度鎖定支座（圖5-9）圖5-9葡萄牙的“Ponte25deAbril”懸索橋和LUB速度鎖定支座（4）日本城市高速公路橋梁采用了隔震支座（圖5-10）圖5-10日本城市高速公路橋梁（5）我國新疆的南疆鐵路布谷孜鐵路橋采用了鉛芯橡膠支座，該橋（9孔，各32米）2000年通車（圖5-11），在2003年2月24日發(fā)生的6.2級(jí)新疆伽師地震（距橋址圖5-11我國新疆的南疆鐵路布谷孜鐵路橋（6）我國南京夾江大橋安裝了E型鋼阻尼支座（圖5-12）圖5-12南京夾江大橋應(yīng)用的彈塑性E型鋼阻尼支座（7）我國泉州晉江大橋采用了鉛芯橡膠支座（圖5-13）圖5-13泉州晉江大橋采用的鉛芯橡膠支座（8）我國武漢天興洲公鐵兩用大橋在塔梁交接處采用了粘滯液體阻尼器（圖5-14）圖5-14武漢天興洲公鐵兩用大橋（9）臺(tái)灣高速鐵路在很多標(biāo)段上采用了LUD速度鎖定器（圖5-15）圖5-15臺(tái)灣高鐵C291標(biāo)6結(jié)論本文通過汶川大地震的多座典型橋梁的震害，分析了此次大地震對(duì)公路橋梁破壞重而對(duì)鐵路橋梁破壞較輕的機(jī)理，根據(jù)鐵路橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從鐵路橋梁的抗震概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算設(shè)計(jì)、抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)等三個(gè)方面著手，提出了鐵路橋梁各設(shè)計(jì)階段應(yīng)有主輔之分的抗震設(shè)計(jì)思想，指出了橋梁抗震仿真計(jì)算的精確化和采用減隔震控制技術(shù)是未來橋梁抗震設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，結(jié)論如下：（1）汶川大地震造成公路橋梁震害重，鐵路橋梁震害輕，應(yīng)加強(qiáng)公路橋的抗震設(shè)計(jì)，確保震后生命線工程的暢通；鑒于此次汶川大地震時(shí)橋梁的震害具有明顯的方向性，在橋位選擇時(shí)注意斷裂的走向，在構(gòu)造措施上加強(qiáng)薄弱位置；山區(qū)的橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)著重考慮地震次生災(zāi)害（山體滑坡和崩塌）對(duì)沿溪沿河的橋梁的影響。（2）橋梁的不同設(shè)計(jì)階段具有不同的抗震要求。在工可研究階段的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)以概念設(shè)計(jì)為主，計(jì)算和構(gòu)造設(shè)計(jì)為輔；初設(shè)階段的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)以計(jì)算設(shè)計(jì)為主，構(gòu)造設(shè)計(jì)為輔；施工圖設(shè)計(jì)階段的抗震設(shè)計(jì)則主要以構(gòu)造設(shè)計(jì)為主，計(jì)算設(shè)計(jì)為輔。（3）重視橋梁結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計(jì)。橋位場(chǎng)地的選擇，應(yīng)依據(jù)橋址處的地質(zhì)和地形條件，應(yīng)避免地震時(shí)次生災(zāi)害對(duì)橋梁的破壞，基礎(chǔ)應(yīng)建在巖石或堅(jiān)硬的沖積土層上。注意橋軸線的方向，同時(shí)，山區(qū)橋梁的橋軸線盡量取直避彎，選用曲線橋梁，其跨度不宜過大，橋面能連續(xù)不要簡支，橋墩不宜采用單柱式，橋臺(tái)處不宜設(shè)平曲線。重視抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)。施工圖設(shè)計(jì)階段的抗震設(shè)防主要是上部結(jié)構(gòu)要加強(qiáng)防落梁措施，可以采用加大擋塊厚度（一定要適中），且在擋塊與梁體之間設(shè)緩沖橡膠墊塊；對(duì)于連續(xù)梁的下部結(jié)構(gòu)，要重視一聯(lián)中矮墩的設(shè)計(jì)；加強(qiáng)橋墩、樁基礎(chǔ)的箍筋設(shè)計(jì)；應(yīng)重視橋梁剛度突變處的構(gòu)造設(shè)計(jì)。（4）結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算嚴(yán)格來說是近似仿真計(jì)算，橋梁結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算設(shè)計(jì)與抗震概念設(shè)計(jì)和抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)相比較，后二者更顯重要。（5）鐵路橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在“可靠性與經(jīng)濟(jì)性”的平衡中提出，同時(shí)要滿足規(guī)范的要求。對(duì)重要橋梁開展地震安全性評(píng)價(jià)，對(duì)于大跨度橋梁和重要橋梁，應(yīng)提高結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。（6）重視橋墩及其基礎(chǔ)的延性設(shè)計(jì)。（7）改變傳統(tǒng)的“抗震設(shè)計(jì)”理念，樹立“減隔震設(shè)計(jì)”的思想，這對(duì)