大跨度連續(xù)梁拱組合體系橋梁減震的發(fā)展研究

1、大跨度連續(xù)梁拱組合體系橋梁減震的發(fā)展研究0 引言梁拱組合體系橋梁是特殊形式橋梁的一種，既有梁橋的特點(diǎn)也有拱橋的特征。梁拱組合是一種新的結(jié)構(gòu)體系，可以將梁和拱在受力狀態(tài)時(shí)的優(yōu)越性充分的顯現(xiàn)出來(lái)。從結(jié)構(gòu)的內(nèi)部受力狀態(tài)觀察，通過(guò)荷載在梁和拱中所產(chǎn)生的內(nèi)部力量大多數(shù)可以轉(zhuǎn)換成梁和拱之間的自平衡體系相互作用的力。梁的軸向拉力和拱的水平推力可以相互作用，梁和拱的界面總彎矩等效為通常以梁拉和拱壓的形式受力，拱壓力的縱向分力主要是剪力。天津楊村（現(xiàn)武清縣）的雙龍橋是我國(guó)公路橋梁歷史中第一座將梁拱相結(jié)合的橋梁，于1922年建成，是三孔跨徑為20m的下承式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的梁拱組合橋。隨著我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)的手段和理論的

2、不斷發(fā)展，出現(xiàn)了各種形式的梁拱相結(jié)合的橋梁體系。由于連續(xù)梁拱組合體系的橋梁具有結(jié)構(gòu)輕盈美觀、施工干擾較小、動(dòng)力性能較好、結(jié)構(gòu)剛度較大等特點(diǎn)，在橋梁設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。三跨連續(xù)梁拱組合體系橋梁主要應(yīng)用在較大跨度的橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以設(shè)計(jì)成外部沒(méi)有推力的結(jié)構(gòu)，適用于地基為軟土的地區(qū)，在60m-200m跨度的范圍中使用較為廣泛。由于我國(guó)處于多地震帶上，在設(shè)計(jì)大跨度橋梁時(shí)需要注意橋梁的抗震安全作用，所以本文對(duì)大跨度連續(xù)梁拱組合體系橋梁在地震中容易受到損壞的位置特點(diǎn)和減震裝置進(jìn)行了分析，提出大跨度連續(xù)梁拱組合體系橋梁的減震設(shè)計(jì)方案。1 梁拱組合體系橋梁已受損位置的特點(diǎn)由于連續(xù)梁拱組合體系橋梁的內(nèi)部受力

3、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以應(yīng)將抗震的重點(diǎn)放在橋梁的支座和下部結(jié)構(gòu)等容易受到損害的位置。連續(xù)梁拱組合體系的橋梁振動(dòng)特點(diǎn)和梁、墩的約束形式、地震的相應(yīng)有關(guān)，橫橋向各個(gè)墩都應(yīng)設(shè)置橫向的限位支座，如發(fā)生橫向地震，可以通過(guò)各個(gè)墩進(jìn)行分擔(dān)地震力。順橋向，由固定墩對(duì)地震力進(jìn)行單獨(dú)的承擔(dān)。所以當(dāng)順向、橫向的地震力產(chǎn)生時(shí)，橋梁體系都會(huì)發(fā)生損壞。連續(xù)梁拱組合體系橋梁的主要抗震薄弱部位是橋墩與橋體的連接位置、橋墩的基礎(chǔ)位置和橋墩自身，在連續(xù)梁拱組合體系橋梁抗震的設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格重視。按照能力設(shè)計(jì)原理，一般將使用在抗地震側(cè)向力的鋼筋混凝土橋墩設(shè)計(jì)為延性構(gòu)件形式，其余構(gòu)件設(shè)計(jì)為彈性構(gòu)件形式。但是由于橋墩的設(shè)計(jì)需要考慮恒載等靜力的荷

4、載情況，截面能力的設(shè)計(jì)需求較強(qiáng)，很難進(jìn)入塑性。而支座在受到震動(dòng)后較為容易更換，維修的費(fèi)用較低，所以應(yīng)將支座作為第一順序的塑性鉸，橋墩作為第二順序的塑性鉸，不僅可以降低維修時(shí)所需要的費(fèi)用，還可以確保能力保護(hù)構(gòu)件的安全。所以在地震的作用中，應(yīng)允許支座剪切破壞用來(lái)保護(hù)其余的構(gòu)件，同時(shí)支座的水平剪切強(qiáng)度應(yīng)按照地震響應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保支座在地震時(shí)可以按照要求進(jìn)行剪切破壞作用。使用允許支座剪切破壞的方法可以將上部結(jié)構(gòu)對(duì)下部結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行釋放，對(duì)橋梁構(gòu)件在地震中不受到破壞影響進(jìn)行保護(hù)，但是需要付出的代價(jià)較比上部結(jié)構(gòu)位移增加，所以應(yīng)設(shè)置一定的裝置對(duì)上部結(jié)構(gòu)的過(guò)大位移進(jìn)行控制，并提供一定的恢復(fù)能力。2 位移控制裝

5、置和機(jī)理使用允許支座剪切破壞方式會(huì)使梁端發(fā)生較大的地震位移，有兩種方法可以減小梁端的位移變化：加大橋梁結(jié)構(gòu)的阻尼和適當(dāng)?shù)募哟蠼Y(jié)構(gòu)的鋼度，縮短結(jié)構(gòu)的周期，結(jié)合位移和力的影響設(shè)計(jì)出一個(gè)兩全其美的方案。為了對(duì)支座剪壞所傳輸?shù)妮^大梁端地震位移進(jìn)行控制，應(yīng)在梁和墩之間加設(shè)減震裝置，主要有兩種：裝置提供阻尼；裝置提供縱向剛度。2.1 阻尼器 阻尼器主要是提供阻尼，種類較為復(fù)雜，主要有流體粘滯阻尼器、摩擦阻尼器、鋼阻尼器、鉛擠壓阻尼器等。在大跨度橋梁中主要使用流體粘滯阻尼器進(jìn)行控制。2.2 彈性連接裝置 彈性連接裝置主要提供彈性剛度，主要有鋼絞線拉索、大型橡膠支座等，應(yīng)用在限位的液壓緩沖裝置，是彈性連接裝置

6、的一種形式。鋼絞線拉索、大型橡膠支座等彈性連接裝置可以對(duì)所有的荷載提供彈性剛度，液壓緩沖裝置對(duì)車輛、風(fēng)速較小、溫度變化等較慢作用的荷載不發(fā)生影響，對(duì)地震、陣風(fēng)、汽車制動(dòng)力等急速影響的荷載發(fā)生固定約束影響。2.3 位移控制裝置參數(shù)的選取 梁、墩連接裝置參數(shù)的合理選取可以有效的對(duì)地震位移進(jìn)行控制，所以參數(shù)的合理選擇非常的重要。為了有效的對(duì)地震位移進(jìn)行控制所設(shè)置的梁、墩連接裝置在進(jìn)行裝置的具體選擇和參數(shù)的合理選取時(shí)，應(yīng)先對(duì)地震位移的控制效果進(jìn)行考慮，并結(jié)合其余的荷載需要、裝置的可靠性、安裝的位置、裝置的耐久性、造價(jià)等實(shí)際因素進(jìn)行選擇。2.4 參數(shù)的敏感性 從地震位移控制方面對(duì)梁、墩連接裝置進(jìn)行參數(shù)合

7、理選取時(shí)，要對(duì)參數(shù)的敏感性進(jìn)行分析，將不同參數(shù)的選取值對(duì)地震位移控制的效果進(jìn)行比較。在進(jìn)行位移控制效果和參數(shù)分析時(shí)，要對(duì)彎矩、墩底剪力、梁端位移進(jìn)行考察。3 位移控制裝置的效果比較對(duì)所選取的阻尼器和彈性索參數(shù)進(jìn)行非線性時(shí)程分析可以看出從橫向，彈性索對(duì)位移的控制效果比阻尼器好，從縱向，彈性索和阻尼器的位移控制效果沒(méi)有差異。設(shè)置阻尼器或者是彈性索后，不管是橫橋向還是順橋向，使用彈性索后，墩底彎矩和墩底剪力要小于使用阻尼器裝置。在進(jìn)行有效控制梁端位移的同時(shí)，使墩底彎矩和墩底剪力得到大幅度的降低，可有有效的對(duì)橋墩的基礎(chǔ)和橋墩進(jìn)行保護(hù)，可以有效的起到減震的作用。在同等位移控制效果的狀態(tài)下，使用彈性索裝置

8、對(duì)墩底內(nèi)力方面的控制比阻尼器要好。液體粘滯阻尼器的價(jià)格較高，并且容易出現(xiàn)漏油的現(xiàn)象，使阻尼器的作用無(wú)法發(fā)揮，彈性索的價(jià)格較為低廉，并且更換、維修較為方便。所以彈性索在大跨度連續(xù)梁拱組合體系橋梁減震設(shè)計(jì)中較為常用。4 總結(jié)4.1 為了確保大跨度連續(xù)梁拱組合體系橋梁的主要構(gòu)件在地震中不受到損壞，應(yīng)將支座的設(shè)計(jì)為第一順序塑性鉸，將橋墩設(shè)計(jì)為第二順序塑性鉸，將其余構(gòu)件設(shè)計(jì)為能力保護(hù)的構(gòu)件。4.2 在地震的影響下，應(yīng)允許支座剪壞形式，同時(shí)要設(shè)置限位裝置用來(lái)對(duì)較大的地震位移響應(yīng)進(jìn)行控制。4.3 位移控制裝置主要有兩種，阻尼器和彈性索。阻尼器通過(guò)使橋梁結(jié)構(gòu)的阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)的位移進(jìn)行控制，并有耗能的功能。彈性索可以適當(dāng)?shù)脑黾咏Y(jié)構(gòu)的剛度，縮短結(jié)構(gòu)的周期，同時(shí)對(duì)位移和力矩有一定的影響。選取合理的參數(shù)可以使阻尼器和彈性索有效的對(duì)結(jié)構(gòu)的位移進(jìn)行控制，但是彈性索較阻尼器更具有耐久性和經(jīng)濟(jì)型的優(yōu)點(diǎn)。參考文獻(xiàn)：【1】Zhenghua Wei，Wancheng Yuan，Pak-chiu Cheung，Xinjian Cao，Zhaojun Rong. Seismic Performance of Continuous Girder Bridges Using Cable-sliding Friction Aseismic Bearing. Procedia Engine