橋梁抗震淺談(下篇)
2010-04-23 
 三、抗震措施

   (一) 避開(kāi)不良地質(zhì)

    首先要做好橋址選擇和調(diào)查工作,除了解區(qū)域性的地震烈度外,還應(yīng)考慮局部地區(qū)地形、地貌、地質(zhì)條件對(duì)橋梁震害的影響,以便為采取抗震措施提供依據(jù)。在發(fā)震、斷裂地段及其鄰近地段,以及可能發(fā)生大規(guī)?;隆⒈浪炔涣嫉刭|(zhì)地段,建橋選址時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)。

    軟弱粘土層、可液化土層和地層嚴(yán)重不均一地段,地形陡峭、孤突、巖土松散、破碎的地段,地震時(shí)可能塌陷的暗河、溶洞等地段,也應(yīng)盡可能避開(kāi)。

   (二)橋梁結(jié)構(gòu)本身的減振技術(shù)

    1.構(gòu)造設(shè)計(jì)

    在地震區(qū)建橋,橋的構(gòu)造上應(yīng)選擇形狀簡(jiǎn)單、自重輕、重心低、結(jié)構(gòu)緊湊、整體性好、剛度均勻、抗扭剛度大、各部聯(lián)結(jié)可靠的形式,并加強(qiáng)橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)部位,以防落梁。地震區(qū)橋梁以按等跨布置為好,橋墩應(yīng)避免承受側(cè)向土壓力。橋臺(tái)宜用T型或U型。墩臺(tái)設(shè)置宜在比較穩(wěn)定的河床上,墩臺(tái)基礎(chǔ)埋置要加深些,以減少地面波的影響及自由振動(dòng)的振幅,有利抗震。

    2.隔震技術(shù)

    隔震就是隔離地震對(duì)結(jié)構(gòu)的作用,其基本思想是,將整個(gè)結(jié)構(gòu)物或其局部座落在隔震支座上,通過(guò)隔震層裝置的有效工作,消弱上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)間的聯(lián)系,牽制和減少地震波向上部結(jié)構(gòu)的輸入,并控制上部結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)和隔震部位的變形,改變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)力特性,避免共振現(xiàn)象的發(fā)生,從而減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng),提高橋梁的抗震安全性。

    根據(jù)隔震層隔震裝置的不同,基礎(chǔ)隔震可分為橡膠墊基礎(chǔ)、滑移基礎(chǔ)隔震和混合基礎(chǔ)隔震等多類。

    3.消能減振技術(shù)

    消能減振結(jié)構(gòu)是將結(jié)構(gòu)中的某些非承重構(gòu)件設(shè)計(jì)成耗能元件,或在結(jié)構(gòu)的某些部位設(shè)置專門(mén)設(shè)計(jì)的消能阻尼器來(lái)吸收和耗散地震能量,以減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的一種新型耗能結(jié)構(gòu)。其分類有:

    ① 消能構(gòu)件

    主要有消能支撐、消能阻力墻、消能節(jié)點(diǎn)等。

    ② 消能阻尼器

    a 金屬阻尼器

    在地震作用下,金屬阻尼器在結(jié)構(gòu)發(fā)生塑性變形前首先發(fā)生屈服,以耗散大部分地面運(yùn)動(dòng)傳遞給結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量。

    b 摩擦阻尼器

    此種阻尼器在主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件屈服前的預(yù)定荷載下產(chǎn)生滑移或變形,依靠摩擦或阻尼耗散地震能量。

    摩擦阻尼器作為一種耗能裝置,因其耗能能力強(qiáng),荷載幅值與頻率對(duì)其性能影響不大,且構(gòu)造簡(jiǎn)單,取材容易,造價(jià)低廉,而具有良好的應(yīng)用前景。

    c 粘彈性阻尼器

    粘彈性阻尼器是通過(guò)粘彈性材料的滯回耗能來(lái)耗散結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量,以達(dá)到減小結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的目的。

    d 粘滯性阻尼器(阻尼墻)

    粘滯性阻尼器一般由缸體、導(dǎo)桿、活塞、阻尼孔和粘滯流體阻尼材料等組成,活塞在缸體內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng),活塞上有適量小孔成為阻尼孔,缸筒內(nèi)裝滿粘滯流體阻尼材料。當(dāng)活塞與缸筒之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),由于活塞前后的壓力差使體阻尼材料從阻尼孔中通過(guò),從而產(chǎn)生阻尼力,達(dá)到耗能的目的。

    還有一種粘滯性阻尼墻(如下圖),其作用機(jī)理同粘滯性阻尼器一樣,但結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單,阻尼效果更好。

粘滯性阻尼墻構(gòu)造簡(jiǎn)圖



    4.主動(dòng)、半主動(dòng)控制技術(shù)

    結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制是根據(jù)實(shí)測(cè)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)或環(huán)境干擾,按主動(dòng)控制算法獲得最優(yōu)主動(dòng)控制力,并由外部能源驅(qū)動(dòng)主動(dòng)控制裝置施加在與結(jié)構(gòu)振動(dòng)方向相反的控制力來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)控制的。主動(dòng)控制裝置有:主動(dòng)質(zhì)量阻尼器、主動(dòng)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器、主動(dòng)拉索控制器和主動(dòng)支撐系統(tǒng)等。

    對(duì)于大型結(jié)構(gòu)的橋梁而言,主動(dòng)控制需要很大的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂屏?,在工程?yīng)用中尚有一定的難度,而半主動(dòng)控制以參數(shù)控制為主,只需要少量的能量調(diào)節(jié)即可對(duì)結(jié)構(gòu)施加控制力。半主動(dòng)控制裝置有:半主動(dòng)變剛度裝置、半主動(dòng)變阻尼裝置、半主動(dòng)TMD/TLD、變摩擦阻尼裝置、可控流體阻尼器等。

    在橋梁結(jié)構(gòu)中我們應(yīng)認(rèn)識(shí)到,盡管在主動(dòng)與半主動(dòng)控制領(lǐng)域已取得重大發(fā)展,但現(xiàn)在仍處在研究和發(fā)展階段,仍需要在實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)中的實(shí)施和應(yīng)用。

    四、結(jié)語(yǔ)

    近百年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多地震給橋梁帶來(lái)了巨大的災(zāi)害,同時(shí)也推動(dòng)了橋梁抗震的各項(xiàng)研究工作。通過(guò)分析大量地震過(guò)后橋梁的損壞形式,促使人們?cè)诳拐鹪O(shè)計(jì)方法上做了進(jìn)一步的改善,從單一的強(qiáng)度抗震設(shè)防原則轉(zhuǎn)入對(duì)結(jié)構(gòu)減、隔震的研究,以及隨后主動(dòng)、半主動(dòng)控制研究,在抗震技術(shù)上取得了豐碩的成果。經(jīng)過(guò)抗震設(shè)計(jì),采用抗震技術(shù)的橋梁在地震中表現(xiàn)良好,說(shuō)明了科學(xué)合理的抗震措施是減輕地震災(zāi)害的最有效的方法。
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