橋梁抗震淺談(下篇)
2010-04-23 
 三、抗震措施

   (一) 避開不良地質(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)?;?、崩塌等不良地質(zhì)地段,建橋選址時應(yīng)盡量避開。

    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,地震時可能塌陷的暗河、溶洞等地段,也應(yīng)盡可能避開。

   (二)橋梁結(jié)構(gòu)本身的減振技術(shù)

    1.構(gòu)造設(shè)計

    在地震區(qū)建橋,橋的構(gòu)造上應(yīng)選擇形狀簡單、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。橋臺宜用T型或U型。墩臺設(shè)置宜在比較穩(wěn)定的河床上,墩臺基礎(chǔ)埋置要加深些,以減少地面波的影響及自由振動的振幅,有利抗震。

    2.隔震技術(shù)

    隔震就是隔離地震對結(jié)構(gòu)的作用,其基本思想是,將整個結(jié)構(gòu)物或其局部座落在隔震支座上,通過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)計成耗能元件,或在結(jié)構(gòu)的某些部位設(shè)置專門設(shè)計的消能阻尼器來吸收和耗散地震能量,以減小結(jié)構(gòu)振動響應(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動傳遞給結(jié)構(gòu)的振動能量。

    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,荷載幅值與頻率對其性能影響不大,且構(gòu)造簡單,取材容易,造價低廉,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粘彈性材料的滯回耗能來耗散結(jié)構(gòu)的振動能量,以達到減小結(jié)構(gòu)動力反應(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)運動,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)生相對運動時,由于活塞前后的壓力差使體阻尼材料從阻尼孔中通過,從而產(chǎn)生阻尼力,達到耗能的目的。

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

粘滯性阻尼墻構(gòu)造簡圖



    4.主動、半主動控制技術(shù)

    結(jié)構(gòu)振動主動控制是根據(jù)實測的結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)或環(huán)境干擾,按主動控制算法獲得最優(yōu)主動控制力,并由外部能源驅(qū)動主動控制裝置施加在與結(jié)構(gòu)振動方向相反的控制力來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)控制的。主動控制裝置有:主動質(zhì)量阻尼器、主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器、主動拉索控制器和主動支撐系統(tǒng)等。

    對于大型結(jié)構(gòu)的橋梁而言,主動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)即可對結(jié)構(gòu)施加控制力。半主動控制裝置有:半主動變剛度裝置、半主動變阻尼裝置、半主動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)認識到,盡管在主動與半主動控制領(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,仍需要在實際橋梁結(jié)構(gòu)中的實施和應(yīng)用。

    四、結(jié)語

    近百年來國內(nèi)外許多地震給橋梁帶來了巨大的災(zāi)害,同時也推動了橋梁抗震的各項研究工作。通過分析大量地震過后橋梁的損壞形式,促使人們在抗震設(shè)計方法上做了進一步的改善,從單一的強度抗震設(shè)防原則轉(zhuǎn)入對結(jié)構(gòu)減、隔震的研究,以及隨后主動、半主動控制研究,在抗震技術(shù)上取得了豐碩的成果。經(jīng)過抗震設(shè)計,采用抗震技術(shù)的橋梁在地震中表現(xiàn)良好,說明了科學(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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