橋梁減隔震技術(shù)概述

減隔震技術(shù)基本原理

我國是一個強震多發(fā)國家，地震發(fā)生頻率高、強度大、分布范圍廣、傷亡多、災(zāi)害嚴(yán)重，特別是近年發(fā)生的四川汶川特大地震、青海玉樹大地震等地震災(zāi)害，給我們帶來了慘痛的教訓(xùn)。與此同時，橋梁作為生命線系統(tǒng)工程中的重要組成部分，一旦損毀、中斷便等于切斷了地震區(qū)的生命線，同時，遭受破壞的大型橋梁修復(fù)往往非常困難，嚴(yán)重影響交通的搶通及恢復(fù)，從而影響救災(zāi)工作的開展，繼而引發(fā)更大的次生災(zāi)害。受到這些地震災(zāi)害的教訓(xùn)以后，基于橋梁抗震設(shè)計的結(jié)構(gòu)控制技術(shù)開始在我國橋梁工程界得到日益重視，國內(nèi)相關(guān)部門積極開展了橋梁減隔震設(shè)計及研究工作。

對于地震作用，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計采用的對策是“抗震”，即主要考慮如何為結(jié)構(gòu)提供抵抗地震作用的能力。一般來說，通過正確的“抗震”設(shè)計可以保證結(jié)構(gòu)的安全，防止結(jié)構(gòu)整體破壞或倒塌，然而，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷卻無法避免。在某些情況下，靠結(jié)構(gòu)自身來抵抗地震作用顯得非常困難，需要付出很大的代價。因此，我們必須尋求更為有效的抗震手段，如基于減隔震裝置的結(jié)構(gòu)控制技術(shù)等。

結(jié)構(gòu)控制技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，還可以節(jié)省造價，從某種意義上來說，這是解決實際結(jié)構(gòu)抗震問題的有效途徑。對于橋梁或建筑結(jié)構(gòu)，目前發(fā)展相對成熟、實際應(yīng)用較為廣泛的是減隔震技術(shù)。減隔震技術(shù)是一種簡便、經(jīng)濟、、有效的工程抗震手段。

• 圖 1 加速度反應(yīng)譜
• 圖 2 位移反應(yīng)譜

通過地震時的加速度反應(yīng)譜（圖 1）與位移反應(yīng)譜（圖 2）可以清楚地反映出不同阻尼下，加速度和位移隨著地震周期的變化規(guī)律，當(dāng)延長結(jié)構(gòu)周期，增加結(jié)構(gòu)阻尼可有效降低地震時的加速度和位移響應(yīng)。減隔震設(shè)計就是利用結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的這種性質(zhì)，通過延長結(jié)構(gòu)周期和提高阻尼達到減輕地震作用的目的。

減隔震支座發(fā)展及現(xiàn)狀

為了減小地震引起橋梁結(jié)構(gòu)的破壞，各國學(xué)者對橋梁結(jié)構(gòu)的減震、隔震進行了廣泛、深入的研究，并取得了大量的研究成果。研究成果表明：對于橋梁結(jié)構(gòu)比較容易實現(xiàn)和有效的減隔震方法主要是采用減隔震支座。在日本、美國、新西蘭等國家的許多橋梁都安裝了減隔震支座，并取得了較好的減隔震效果。

由于橡膠支座能通過剪切變形使上、下部地震運動隔離，且具有構(gòu)造簡單、加工制造容易、用鋼量少、成本低廉、安裝方便等優(yōu)點，因而成為常用的一種隔震支座。目前，國內(nèi)常用的橡膠類隔震支座主要有天然橡膠支座、高阻尼橡膠支座和鉛芯橡膠支座。

鉛芯橡膠支座是在一般板式橡膠支座基礎(chǔ)上，在支座中心放入鉛芯，以改善橡膠支座的阻尼性能的一種減隔震支座，其具有減隔震、適用范圍廣等特點，目前，鉛芯橡膠支座已在我國廣泛應(yīng)用。

支座結(jié)構(gòu)設(shè)計

〖HDR 系列高阻尼隔震橡膠支座〗是按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)（GB 20688）及相關(guān)行業(yè)規(guī)范，同 時參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)研制的減隔震類橋梁標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件系列產(chǎn)品，屬省部級重大科技攻關(guān)項目資助研發(fā)的技術(shù)成果（ZL .5、ZL .3），該系列產(chǎn)品通過了省部級科技成果鑒定（陜科鑒字[2010]第 097 號）及相關(guān)認證，且已上升為中華人民共和國交通運輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JT 2009-26），適用于 9 度及以下地震烈度區(qū)的各類公路及市政橋梁。

支座分類

鉛芯隔震橡膠支座按本體形狀分為矩形鉛芯隔震橡膠支座和圓形鉛芯隔震橡膠支座。

支座型號

支座結(jié)構(gòu)

鉛芯隔震橡膠支座的豎向載荷傳遞過程是梁體→上預(yù)埋鋼板→上連接鋼板→上封板→ 橡膠、鉛芯、加勁鋼板疊層結(jié)構(gòu)→下封板→下連接鋼板→墩臺。

鉛芯隔震橡膠支座的地震水平載荷傳遞過程是墩臺→下錨固組件→下連接鋼板→剪 切鍵、下封板→橡膠、鉛芯、加勁鋼板疊層結(jié)構(gòu)→上封板、剪切鍵→上連接鋼板→上預(yù)埋鋼板→通過上錨固組件傳遞到梁體。

產(chǎn)品特點

? 豎向剛度穩(wěn)定，豎向承載效果好；

? 水平剛度適中，滿足地震和常規(guī)位移需求；

? 鉛芯阻尼效果好，具有良好的耗能能力；

? 本體采用天然橡膠，溫度適應(yīng)范圍較廣；

? 鉛芯面積可調(diào)，方便支座阻尼比調(diào)整；

? 安裝及檢修更換方便，運營維護成本較低。

支座技術(shù)性能

規(guī)格系列

◆ 圓形鉛芯隔震橡膠支座分為 鉛芯隔震橡膠支座分為 22 類：

d420，d470，d520，d570，d620，d670，d720，d770，d820，d870，d920，d970，

d1020，d1070，d1120，d1170，d1220，d1270，d1320，d1370，d1420，d1470。

◆矩形鉛芯隔震橡膠支座分為 25 類：

300×420，350×350，350×520，420×420，470×570，520×520，520×620，570×570，

570×670 ， 620×620 ， 670×670 ， 720×720 ， 770×770 ， 820×820 ， 870×870 ， 920×920 ，970×970，1020×1020，1070×1070，1120×1120，1170×1170，1220×1220，1270×1270，1320×1320，1370×1370。

剪切模量

本系列支座設(shè)計剪切模量為 0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa。

水平等效剛度

175%剪應(yīng)變時矩形鉛芯隔震橡膠支座大水平等效剛度為 9.7kN/mm，小水平等效剛度為1.3kN/mm，圓形鉛芯隔震橡膠支座大水平等效剛度為 10.4kN/mm，小水平等效剛度為1.1kN/mm。各個規(guī)格系列水平等效剛度詳見支座規(guī)格尺寸的設(shè)計參數(shù)表。

等效阻尼比

175%剪應(yīng)變時矩形鉛芯隔震橡膠支座大等效阻尼比為 22.7%，小等效阻尼比為 14.4%，圓形鉛芯隔震橡膠支座大等效阻尼比為20%，小等效阻尼比為13.5%。各個規(guī)格系列等效阻尼比詳見支座規(guī)格尺寸的設(shè)計參數(shù)表。

設(shè)計剪切位移

本系列支座的設(shè)計剪應(yīng)變?nèi)绫?1 所示。

表 1 鉛芯隔震橡膠支座的設(shè)計剪應(yīng)變

溫度適用范圍

本系列支座的環(huán)境溫度范圍為-25℃~+60℃。

注：若項目有特殊需求，本系列支座以上各技術(shù)性能參數(shù)均可進行定制設(shè)計