地震动峰值加速度较高地区的铁路桥梁的减隔震技术的应用研究

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1、2地震动峰值加速度较高地区的铁路桥梁的减隔震技术的应用研究5.12汶川大地震后，中国铁道学会于2008年8月27～28日在成都召开了“地震灾害对铁路的影响及对策学术研讨会”，与会专家普遍认为：铁路桥梁应加强“减隔震技术”的应用，用“减隔震”的设计理念代替传统的“抗震”设计理念。与房屋和公路桥梁不同的是，铁路桥梁有列车行驶的安全性和舒适性的特别要求，为了满足这一特别要求，铁路桥梁结构必须具备“刚度大”的特点，即要求结构具有足够的横向刚度，与此相对应的是：铁路桥梁因刚度大导致其结构的地震响应比公路桥梁的地震响应大得多，为了减小结构的地

2、震响应，采用减隔震技术就成了必然的选择途径之一；但隔震技术是以延长结构自振周期来实现的，可见，减小结构的地震响应要求结构变“柔”，保证桥梁的正常安全运营要求结构变“刚”，二者的要求正好相反，因此，如何处理好铁路桥梁结构的抗震性能和横向刚度这一对矛盾，是隔震技术在铁路桥梁中能否广泛应用的关键所在。5.1减隔震技术的机理减小铁路桥梁结构地震响应的有效途径主要有如下两条：◆延性设计方法，通过在构件的合适位置设定塑性铰和仔细设计构件的细部构造，可以达到在地震作用下结构的整体性和防止结构倒塌的发生。但采用延性设计，不可避免地使结构出现损伤。

3、◆结构控制方法，包括被动控制技术、主动控制技术、混合控制技术等，近几十年来发展起来的减隔震技术是运用结构被动控制的原理在土木工程结构中实现减小结构地震响应的有效方法。减隔震技术是通过采用减隔震装置来尽可能地将结构或部件与可能引起破坏的地震地面运动或支座运动分离开来，减少传递到上部结构的地震作用和能量。在实际工程应用中，大跨度柔性结构往往采用提供适当阻尼的方法，如采用具有减震耗能的粘滞液体阻尼器、弹塑性软钢阻尼支座、LUB速度锁定支座、调谐质量阻尼器（TMD）、调谐液体阻尼器（TLD）等装置来实现减小结构的地震响应的目的；而对于普通

4、的小跨度梁式结构，则是采用增加系统的柔性的方法，如采用叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座等装置实现隔震，从而减小结构地震响应的目的。5.2减隔震技术的应用现状5.2.1减震支座（装置）的应用状况减震技术是通过在梁体与桥塔、桥墩、桥台的连接处安装水平柔性支撑，耗散地震输入能量，减小地震对桥梁主体结构的破坏。5.2.1.1减震支座应具有如下的功能（1）减震支座除了满足普通支座的功能外，在列车制动力、风荷载和中、小地震作用下，桥梁结构应具有足够的水平刚度以满足铁路桥梁的使用要求；（2）在大震作用下，随着桥梁结构水平位移的增加，耗能（阻尼）装置进

5、入耗能状态，大量耗散输入给桥梁结构的地震能量，减小结构的地震响应。5.2.1.2减震支座具有如下的优点（1）技术的合理性（相对于传统的抗震设计方法）；（2）结构的安全性（耗能装置属承重构件，对桥梁结构的安全性不构成威胁）；（3）安装的简便性（减震装置的安装简单、施工周期短、对结构的影响小）；（4）使用的经济性（与增加结构强度来达到抗震目的相比，可以节约桥梁的工程造价）。5.2.1.3减震支座的类型减震支座类型较多，目前，适合在铁路桥梁上使用的减震支座的类型主要有如下几种：（1）弹塑性软钢阻尼支座在大震作用下，利用金属材料（软钢）的

6、塑性变形，耗散输入桥梁结构中的能量，从而达到减震的目的。弹塑性软钢阻尼支座是在弹塑性软钢阻尼器的基础上研发的一种新型支座，按形状分为E型和C型两种，如图5-1和5-2。图5-1E型钢阻尼支座图5-2C型钢阻尼支座（2）LUB速度锁定支座在变化速度较快的地震作用、列车制动力、风荷载作用下，LUB速度锁定支座能将上部结构传给桥墩的地震作用合理地分配到多个桥墩，改变了连续梁桥仅由一个固定桥墩承担上部结构的惯性力的不合理状况。LUB速度锁定支座如图5-3所示。图5-3LUB速度锁定支座（3）粘滞液体阻尼器粘滞液体阻尼器有如下的特点：★高速

7、度下，可消耗大量能量，但不给桥梁结构附加任何刚度。★低速度下，不影响结构的小位移。★有阻尼系数调整幅度大、工程应用广泛、产品稳定性好、施工维修方便等技术优势。粘滞液体阻尼器如图5-4所示。图5-4粘滞液体阻尼器5.2.2隔震支座（装置）的应用状况隔震技术是利用隔震层隔断地震作用由桥墩向梁体的传播，通过延长结构周期，增加耗能能力来实现的，从而达到减小地震对桥梁主体结构破坏的目的。5.2.2.1隔震支座的特点（1）采用隔震支座，可保证上部结构的变形在弹性范围内，确保了桥梁结构的安全性；（2）由于隔震支座延长了结构的自振周期，故在列车制

8、动力、风荷载和中、小地震作用下，桥梁结构应具有足够的水平刚度难于满足。5.2.2.2隔震支座的类型隔震支座类型较多，目前，适合在铁路桥梁上使用的隔震支座的类型主要有如下几种：（1）铅芯橡胶支座铅芯橡胶支座是在普通叠层橡胶支座的中部垂直地灌入纯度为9