减隔震构件在城市高架桥梁中的应用.pdf

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2015年6月建材与装饰交通建设减隔震构件在城市高架桥梁中的应用赵巍（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司海南海口570312）摘要：减隔震构件因其良好的力学性能、抗震效果以及高阻尼、底刚度、耐久性好等优点，近年来在桥梁抗震措施中得到了广泛的发展和应用，成为各种桥梁抗震设计方法中最为经济有效的一种。本文以海口市快速路网骨干工程海秀快速路为设计依托，从设计角度阐述减隔震构件在高烈度地区城市高架桥梁中的设计与应用。关键词：桥梁设计；地震；减隔震支座中图分类号：U44文献标识码：A文章编号：1673-0038（2015）26-0299-021前言减隔震支座的选择提出了较高的要求。结合抗震计算结果及我近年来，我国突发几次特大地震，造成了大量房屋、道路、桥国已建项目经验，选取3种较适合本项目的主要抗震措施进行梁等基础设置损毁及人员伤亡，震后也引起了社会各界的广泛抗震设计。关注。2011年，住建部颁布了《城市桥梁抗震设计规范》，交通部4双曲面球型减隔震支座也相继颁布了《公路工程抗震规范》及《公路桥梁抗震设计细4.1功能概述则》。相较老规范，新规范引入了桥梁延性设计和能力保护原则双曲球面型减隔震支座是将普通球型滑动支座进行改造而设计，加入桥梁减隔震设计的抗震理念和设计方法，有效的提高开发的。该支座采用两个曲面摩擦副来共同实现支座的承载、转了桥梁的抗震性能。动、滑移及减隔震功能。它主要由上座板（含不锈钢板）、中座板2减隔震构件（含不锈钢板）、下座板、限位装置、非金属滑板等组成；同时还包减隔震构件一般是以降低结构地震反应，减小地震对上部结括锚固联接结构和密封防尘结构等配套构件。构的损害为主要设计原则，通过相应构件来延长结构自震周期，双曲面球型减隔震支座在正常条件下，同普通球型支座一样增加阻尼，使用耗能装置抑制结构的位移，从而削减地震力对上起承载、转动和滑移作用；发生地震时，当地震产生的水平力大部结构的能量输入，达到保护桥梁结构的目的。于一定值时，限位装置自动解除，同时支座以设定的曲率半径和从震后的调查与研究中发现，桥梁因墩柱、支座、挡块等连接摩擦系数滑移，延长桥梁震动周期，降低动力加速度，滑移过程构件破坏进而引起上部梁体破坏的现象较为普遍。设计中通过消耗地震能量。地震过后，支座能够自动复位。安装具有减隔震功能的支座，并限制其竖向位移，可以较好的引支座运动滞回曲线如图1可见，其双线性滞回曲线，线形平导结构损伤，将大部分地震力集中于支座上，改善桥梁整体构件滑饱满。的抗震性能。3桥梁抗震设计本文依托的海口市快速路网骨干工程海秀快速路，位于海南省海口市，属于强震区，根据《中国地震动参数区划图》，本工程地震设防烈度峪度，峰值加速度0.3g。根据中国地震灾害防御中心针对本项目所做场地安全性评估报告显示，局部场地水平地图1双曲面球型减隔震支座滞回曲线图震动加速达到0.35g。4.2支座安装根据《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ166-2011）规定，本工程支座与梁、墩台均采用地脚螺栓+底柱形式连接，墩台顶面抗震设防措施等级为9级，抗震设防类别为乙类。在该烈度水平支承垫石需预留锚栓孔，支座在工厂组装时，仔细调平，对中上、下，通常的减隔震支座会产生支座位移过大，无竖向限位能力等下座板，用连接螺栓将支座连接成整体。凿毛支座就位部位的支弱点，因此结构应设置限位措施并应设置限制支座竖向位移。承垫石表面，清除预留孔中的杂物，安装灌浆用模板。支座就位为了保证桥梁在强震后满足应急交通的需求，本工程采用减部位的支承垫石表面，清除预留孔中的杂物，安装灌浆用模板。隔震设计方法（对应规范抗震体系域）。具体的抗震设防目标如用混凝土楔块楔入支座四角，找平支座，在支座底面与支承垫石表1。之间应留有20耀50mm空隙，安装灌浆用模板。表1仔细检查支座中心位置及标高后，用无收缩高强度灌注材料抗震设计E1地震作用E2地震作用重力式灌浆，灌注支座下部及锚栓孔间隙处，灌浆过程应从支座方法震后使用要求损伤状态震后使用要求损伤状态中心部位向四周注浆，直至从模板与支座底板周边间隙观察到支座隔震耗能，其余主支座隔震耗能，其减隔震抗立即使用要受力构件基本无损立即使用余主要受力构件灌浆材料全部灌满为止。震体系伤基本无损伤4.3支座特点综上所述，本项目在地震烈度各项指标都较高的情况下，对双曲面球型减隔震支座具有理想的减隔震能力，支座的滞回·299· 交通建设建材与装饰2015年6月曲线重合性较好，支座的摩擦耗能内力稳定，能有效延长减隔震耗散地震能量的抗震效果，较适宜用于高烈度区桥梁抗震设计。结构的自震周期，有较强的自恢复能力，能够满足高烈度区桥梁6三向限位装置的抗震要求。6.1功能概述5铅芯隔震橡胶支座本项目抗震设防烈度为国内同类城市高架桥梁中的较高值。5.1功能概述在该烈度水平下，经过抗震科研研究和大量计算分析，墩柱处会铅芯隔震橡胶支座是由橡胶片和薄钢板交替叠合后硫化而发生墩梁提离，减隔震支座会产生支座位移过大，无竖向限位能成，并灌有铅芯。其中薄钢板的作用是约束橡胶片的横向变形，力等弱点。因此，本工程桥梁结构需要设置额外的装置提供限位使橡胶支座具有与常规构件等同的竖向刚度。功能，平衡结构的位移反应与内力反应，使其达到双控。橡胶片的作用是提供需要的水平位移，降低水平刚度，一般为了达到上述限位目的，本工程引入一种三向限位装置。该橡胶支座的水平刚度是常规构件的1译。灌入铅芯的目的：淤提装置由上挡块、下挡块、缓冲装置及摩擦副组成。上挡块和下挡供支座适度的阻尼，提高支座的吸能效果；于增加支座的早期刚块由框架钢结构与锚固系统组成，上下挡块反扣为十字形限位度，对控制风反应和抵抗地基的微振动有利。隔震支座的参数和系统，缓冲装置由设定刚度的橡胶缓冲垫或其他弹性衬垫组成，性能主要由上述三者的合理组合而确定。摩擦面设置在上下挡块十字形接触面上，由不锈钢板、间隙、聚5.2支座技术要求四氟乙烯滑板和承压橡胶层组成。铅芯隔震橡胶支座的参数选取直接影响其隔震效果，对于不6.2限位装置安装同的抗震指标要求，可以选取不同的支座参数。结合内外学者的在支座安装的同时，将本三向限位装置安装于墩梁之间，作大量实验对比研究，根据本工程具体情况，提出以下技术要求：为墩梁三向复合限位构件使用，属于减隔震支座体系的重要组（1）铅芯隔震橡胶支座竖向和水平力学性能要求应符合表2成部分，使支座系统始终处于安全工作状态。规定。为保证三向限位装置安装精度和稳定性，安装时需搭设临时表2支撑，配备调整锲块，千斤顶等。临时支撑可细微调整其位置，同符号项目性能要求时起到临时固定作用，为限位装置安装不可分割的一部分。1竖向性能竖向刚度实测值在设计值依30%以内6.3装置特点2抗拉性能抗拉应力大于4MPa等效水平刚度实测值应在设计值依10%以内本三向限位装置制作简单、经济耐久、安装方便、受力机理清晰，3水平性能等效阻尼比实测值应在设计值以上将传统分离式挡块集成在一起，可有效限制地震作用下墩梁之间过水平最大位移能力最大水平剪切应变逸橡胶总厚的300%大相对位移保证支座正常位移及防止地震作用下主梁竖向提离，同（2）耐久性要求如表3。时通过缓冲装置缓冲墩梁撞击力，有效减低下部结构地震力。表37结语项目性能要求等效水平刚度综上论述，减隔震设计在桥梁设计领域逐渐被设计人员重视变化率不应大于15%疲劳实验等效阻尼比并采用，减隔震支座可有效的改善桥梁在地震作用下的受力状支座外观目视无龟裂况，在中外已建的工程中，已有部分采用减隔震技术的工程经受（3）各种相关性能要求如表4。住了强烈地震的考验。双曲面球型减隔震支座及铅芯隔震橡胶表4是目前使用较广技术较成熟的两种减隔震支座，与三向限位装项目性能要求置配合使用，是目前为止桥梁上应用最为稳定的抗震控制技术等效水平刚度竖向压力相关性能变化率不应大于15%之一，也是今后桥梁抗震设计发展的方向。等效阻尼比等效水平刚度加载频率相关性能变化率不应大于15%等效阻尼比参考文献等效水平刚度[1]《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ166原2011）.温度相关性能变化率不应大于15%等效阻尼比[2]《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）.5.3支座安装[3]彭天波，李建中，范立础.双曲面球型减隔震支座的开发及应用.同济大本系列支座与梁、墩台均采用锚固螺栓形式连接，墩台顶面学学报，2007，35（2）.支承垫石需预留锚栓孔。凿毛支座就位部位的支承垫石表面，清[4]彭泽友.减隔震装置设计及在桥梁抗震中的应用.中国交通建设股份有限公司，2014，11.除预留孔中的杂物，安装灌浆用模板。用混凝土楔块楔入支座四[5]《公路桥梁铅芯隔震橡胶支座》（JT/T822-2011）.角，找平支座，在支座底面与支承垫石之间应留有20耀50mm空[6]吴斌，庄军生.铅锌橡胶支座力学性能及其在桥梁工程中减隔震应用隙，安装灌浆用模板。采用重力灌浆方式，灌注支座下部及锚栓研究.中国铁道科学，2004，25（4）.孔间隙处，灌浆过程应从支座中心部位向四周注浆，直至从模板与支座底板周边间隙观察到灌浆材料全部灌满为止。收稿日期：2015-6-95.4支座特点作者简介：赵巍（1982-），男，工程师，本科，主要从事桥梁设计工铅芯隔震支座具有良好的减震效果，通过选择合理的竖向和作。水平刚度、等效阻尼比等性能参数，达到其延长整体结构周期，·300·