橋梁減隔震技術(shù)概述

減隔震技術(shù)基本原理

我國(guó)是一個(gè)強(qiáng)震多發(fā)國(guó)家，地震發(fā)生頻率高、強(qiáng)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(shù)大地震等地震災(zāi)害，給我們帶來(lái)了慘痛的教訓(xùn)。與此同時(shí)，橋梁作為生命線(xiàn)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(xiàn)，同時(shí)，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(kāi)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(jì)的結(jié)構(gòu)控制技術(shù)開(kāi)始在我國(guó)橋梁工程界得到日益重視，國(guó)內(nèi)相關(guān)部門(mén)積極開(kāi)展了橋梁減隔震設(shè)計(jì)及研究工作。

對(duì)于地震作用，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用的對(duì)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(lái)說(shuō)，通過(guò)正確的“抗震”設(shè)計(jì)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(wú)法避免。在某些情況下，靠結(jié)構(gòu)自身來(lái)抵抗地震作用顯得非常困難，需要付出很大的代價(jià)。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(jià)，從某種意義上來(lái)說(shuō)，這是解決實(shí)際結(jié)構(gòu)抗震問(wèn)題的有效途徑。對(duì)于橋梁或建筑結(jié)構(gòu)，目前發(fā)展相對(duì)成熟、實(shí)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(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、、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(guò)地震時(shí)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(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期，增加結(jié)構(gòu)阻尼可有效降低地震時(shí)的加速度和位移響應(yīng)。減隔震設(shè)計(jì)就是利用結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的這種性質(zhì)，通過(guò)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期和提高阻尼達(dá)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(guó)學(xué)者對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的減震、隔震進(jìn)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(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)比較容易實(shí)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(guó)、新西蘭等國(guó)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(guò)剪切變形使上、下部地震運(yùn)動(dòng)隔離，且具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、加工制造容易、用鋼量少、成本低廉、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，因而成為常用的一種隔震支座。目前，國(guó)內(nèi)常用的橡膠類(lèi)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(diǎn)，目前，鉛芯橡膠支座已在我國(guó)廣泛應(yīng)用。

支座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

〖HDR 系列高阻尼隔震橡膠支座〗是按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 20688）及相關(guān)行業(yè)規(guī)范，同 時(shí)參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)研制的減隔震類(lèi)橋梁標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件系列產(chǎn)品，屬省部級(jí)重大科技攻關(guān)項(xiàng)目資助研發(fā)的技術(shù)成果（ZL .5、ZL .3），該系列產(chǎn)品通過(guò)了省部級(jí)科技成果鑒定（陜科鑒字[2010]第 097 號(hào)）及相關(guān)認(rèn)證，且已上升為中華人民共和國(guó)交通運(yùn)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(lèi)公路及市政橋梁。

支座分類(lèi)

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(hào)

支座結(jié)構(gòu)

鉛芯隔震橡膠支座的豎向載荷傳遞過(guò)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(tái)。

鉛芯隔震橡膠支座的地震水平載荷傳遞過(guò)程是墩臺(tái)→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(guò)上錨固組件傳遞到梁體。

產(chǎn)品特點(diǎn)

? 豎向剛度穩(wěn)定，豎向承載效果好；

? 水平剛度適中，滿(mǎn)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(yùn)營(yíng)維護(hù)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(lèi)：

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(lèi)：

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(jì)剪切模量為 0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa。

水平等效剛度

175%剪應(yīng)變時(shí)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(gè)規(guī)格系列水平等效剛度詳見(jiàn)支座規(guī)格尺寸的設(shè)計(jì)參數(shù)表。

等效阻尼比

175%剪應(yīng)變時(shí)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(gè)規(guī)格系列等效阻尼比詳見(jiàn)支座規(guī)格尺寸的設(shè)計(jì)參數(shù)表。

設(shè)計(jì)剪切位移

本系列支座的設(shè)計(jì)剪應(yīng)變?nèi)绫?1 所示。

表 1 鉛芯隔震橡膠支座的設(shè)計(jì)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(xiàng)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(jìn)行定制設(shè)計(jì)