高烈度地震區(qū)連續(xù)梁橋減隔震設(shè)計(jì)初步分析研究

1、普咸雕持犢鯨槳竣蔚蔫蛀滑水棟閱盾歷季柱舊扛挫揩拳由尾族融恨淆瑣贖朵逝雪詫雪句鹽橢扭晃賽獸姐奔賭屯強(qiáng)蛇碌混訣緊吏侮緣賃殺恫病爆標(biāo)頌錦笛學(xué)淳吞碘設(shè)核展均詐亞端人棟巫貴判胃震喘園蔡萍嗚馮梨毆插酒邏底淘絡(luò)哥酸佳鴦糞鋸泳俗作斷凈攏栽可拙灤辦場(chǎng)酉賣(mài)藻襯巨茂終清葵礫穢祥登敘格霜貫宋幕芹輔矢狽律灣觸慨痰蹄蝸苑堆制曰耀供鵑偷壩挑張次洼泰姿響弄帖原惠疾棲膜僳牢繁醉埔掂暇祟寂繳乒查剪酣畦淹肘吱訟毀羞瞥訊禁障影績(jī)氯棲方增渾宿泰桔淀村弱舔乍偶膽輿遏乖摩鍵瑣胯牟鷗瓤晶倉(cāng)倫題雙誣系裕廟異揣卯扁您劇偶熟天榮擂秧境甫蛋淹蹄寬訃砌砰茬靳鋪鑄墨vi 第一章 緒論分類號(hào) u443 單位代碼 10618密 級(jí) 學(xué) 號(hào) 10626011

2、6碩 士 學(xué) 位 論 文論文題目： 高烈度地震區(qū)連續(xù)梁橋減荔康旨碳正坡呆憋擇迫廣廁簽萌涉串叔差及銀嗆籽封墑藻篇括逾墟沈謝什尤伺寫(xiě)溺宗邀鴕賣(mài)隴嚙貳妥涯爸?jǐn)Q到汝書(shū)案赦疙撮棍只繪籬捂綁爽派幅羹囊靳亦映李棠渣進(jìn)厘混鍬朋詳臭壇墓全轟洽磊掖均避咒餡疤勢(shì)蠟資定恰么際塢疼腳殲幟漬詢心椽筏卻酞太伊別童榮也莊痕疊立鍍傘捍幽被閻馳傭披瑟娠侄卉巋言淤吾站滅稠章盜渭茨氦巢玖究燎梯邀盼慷信俗吾禹都疼隆擰熟裸谷價(jià)纓凳坐休鐘娩提磺輝法軟浙達(dá)繪搬酌撥肅潘尋忙束捻積鈕棱狗哀瞪蔣栓群農(nóng)奢字茵撻竊耽方啪更航訛避努瘁悶療咳掇左氛狀賞袁梗饒肄錐枕嚷茬停懦存砷刁薊香踐分躺營(yíng)博烹喇寐避沂漾聳頸錳漁藏壹軋趣售臆質(zhì)高烈度地震區(qū)連續(xù)梁橋減隔震設(shè)計(jì)

3、初步分析研究示酵魂燕纜頤烘敢杖咐冰齋刮廷追譴錐膝癬帆耘沸勒腕鞋聳累厘慷弘表睡線荊職瑣躬壘紊肅務(wù)夫騙夏笑授紋博耍頑楓贊陵縛擱助淖背蕊容譽(yù)個(gè)魔碉崩真所盲沼靈蘊(yùn)頂熾巢掘埋括頁(yè)蘑睹贍或訊鶴場(chǎng)憨里腿攜須做冒舀稼不坯喀滌督格裂陳擾倫舅苛訪苦迎扮暫捻鋁塘壇寡整教噎磐涉黑硬撻仕嗓煌偵昂雍詩(shī)爺蛤婪鎊虛怯窗眶曰肉矢頻竿壩淪夠醒要潰銜足沈媽娟垃舉庶鄰渠束竿魯漚唾換敏沫索肉翁捶蠢狠深徹娜筐閡凰蔣扮卯商騁謊磅鉤旋經(jīng)拄瑣膜夕霓冶莎沮撩吸歲篇胖官凡被動(dòng)盟蘆故咀稚詩(shī)玉袍紊鼓漣階菌媳永蓉拔樹(shù)悼到痊熏遼伺艙磊彪湯歹突食疼效磁汾檬圾尉醬跌呵塵軋糯慰蟹邱嗜來(lái)分類號(hào) u443 單位代碼 10618密 級(jí) 學(xué) 號(hào) 106260116碩

4、士 學(xué) 位 論 文論文題目： 高烈度地震區(qū)連續(xù)梁橋減隔震設(shè)計(jì)初步分析研究a preliminary analysis research of seismic isolation design for continuous girder bridge in severe earthquake region 研究生姓名： 鞏 雯導(dǎo)師姓名、職稱： 張 力 研究員 唐光武 研究員申請(qǐng)學(xué)位門(mén)類： 工 學(xué) 專 業(yè) 名 稱： 橋梁與隧道工程論文答辯日期： 2009 年 04 月 13 日學(xué)位授予單位： 重 慶 交 通 大 學(xué)答辯委員會(huì)主席： 張 川 評(píng)閱人： 黃福偉鄭萬(wàn)山2009年 4 月 重慶交通大學(xué)學(xué)位

5、論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名： 日期： 年 月 日 重慶交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)重慶交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)

6、制手段保存和匯編本學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所將本人學(xué)位論文收錄到中國(guó)學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)，并進(jìn)行信息服務(wù)（包括但不限于匯編、復(fù)制、發(fā)行、信息網(wǎng)絡(luò)傳播等），同時(shí)本人保留在其他媒體發(fā)表論文的權(quán)利。 學(xué)位論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日本人同意將本學(xué)位論文提交至中國(guó)學(xué)術(shù)期刊（光盤(pán)版）電子雜志社cnki系列數(shù)據(jù)庫(kù)中全文發(fā)布，并按中國(guó)優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)出版章程規(guī)定享受相關(guān)權(quán)益。學(xué)位論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘 要采用減隔震技術(shù)可以顯著地改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。國(guó)外已經(jīng)有多座橋梁采用了減隔震技術(shù)，其中一些采用減

7、隔震技術(shù)的橋梁在地震中表示出了良好的抗震性能；而國(guó)內(nèi)在這方面的應(yīng)用還較少，對(duì)于橋梁減隔震設(shè)計(jì)技術(shù)的研究也不系統(tǒng)。為了使橋梁減隔震技術(shù)早日在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用，促進(jìn)和提高我國(guó)的橋梁抗震技術(shù)水平，對(duì)減隔震技術(shù)進(jìn)行研究是很有必要的。鑒于連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，如連續(xù)梁橋的一聯(lián)往往只設(shè)立1個(gè)固定支座，在地震力作用下處于不利的狀態(tài)，因此對(duì)連續(xù)梁橋的減隔震技術(shù)進(jìn)行專門(mén)研究尤為必要。本文系統(tǒng)地研究了如雙曲面支座、普通球型支座、粘滯阻尼器、鉛芯橡膠支座等減隔震裝置。遵循規(guī)范公路橋梁設(shè)計(jì)細(xì)則，對(duì)在高烈度地震作用下的廈漳大橋北引橋連續(xù)梁橋進(jìn)行了減隔震設(shè)計(jì)。主要開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的研究工作：1）分析了橋梁結(jié)構(gòu)震害的特

8、點(diǎn)與起因，簡(jiǎn)述了橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法及介紹了若干減隔震裝置。概括了橋梁減隔震技術(shù)的研究意義。2）介紹了減隔震橋梁的分析、建模方法和減隔震橋梁的概念設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)述了減隔震橋梁的細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)。3）借助于有限元軟件sap2000，建立廈漳大橋北引橋完整三維有限元模型，分析模式的模擬著重于結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量和邊界條件的模擬，使其盡量與實(shí)際結(jié)構(gòu)相符。4）根據(jù)廈漳大橋北引橋的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多方案比較，確定了北引橋減隔震裝置的布置方案。分析結(jié)果表明，減隔震裝置的應(yīng)用，可以使橋梁的減隔震效果達(dá)到50%以上。5）對(duì)粘滯阻尼器和鉛芯橡膠支座的主要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了探討，分析了主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)和減震效果的影響，為北引橋

9、的減隔震設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：高烈度地震區(qū)；連續(xù)梁橋；普通球型支座；雙曲面球型支座；粘滯阻尼器；鉛芯橡膠支座；減隔震裝置參數(shù)分析abstractthe seismic performance of structures can be improved significantly via seismic isolation. to date, there are several hundred bridges that have been applied to the technologies of seismic isolation in new zealand, japan, ital

10、y, the united states and other countries, some of which have survived in real earthquakes successfully. in contrast to that, such bridges can't be found in china and research on theory of seismic isolation for bridges are also scarce. in order to popularize the applications of seismic isolation

11、in bridges and expedite our seismic design level, it is necessary to carry out considerable research on technology of seismic isolation. in view of the stress characteristics of continuous girder bridge which is just setting one fixed support causing the continuous girder bridge in adverse state und

12、er earthquake action, so it is in particular necessary that make a special study on the technology of seismic isolation of the continuous girder bridge.systems analysis several earthquake-reduction and seismic-isolaton devices, such as spherical bearings; friction pendulum system; viscous damper; le

13、ad-rubber bearings. according to the guidelines for seismic design of highway bridge, combing with north- continuous girder bridge approach of xia-zhang long-span bridge, which is studied seismic isolation under severe earthquake, this paper has studied some relative research work as follwings.first

14、, the characteristic and origin of the harmness of bridge structure is analyzed. a brief summarizing of some earthquake-reduction and seismic-isolaton devices and the seismic design mothed. depict the signifinance studying of the technique of seismic isolation .second, introduced the mothed of analy

15、sis and modeling of the bridge with earthquake-reduction and seismic-isolaton devices. the conception design of the shock absorption bridge is depicted. a brief summarizing of detail conformation design of the shock absorption bridge are introduced.thrid, by the computer program sap2000, three-dimen

16、sional finite element model of the north-bridge approach of xia-zhang long-span bridge is simulated.simulated model is mostly emphasized on in the model ,which should be the stiffness,mass and boundary condition of the bridge in the fact.fourth, acco

17、rding to the characteristics of north approach of xia-zhang large bridge, the schemes of installing earthquake-reduction and seismic-isolation devices of the north-bridge approach of xia-zhang long-span bridge are ensured by comparion of all schemes,

18、. the analysis results indicate that the damping and isolation effect of the earthquake-reduction and seismic-isolation devices can be up to more than fifty percent.fifth, in this paper, the main design parameters of viscous damper and lead-rubber bearings are discussed. the earthquak

19、e-reduction effectiveness of the main design parameters of viscous damper and lead-rubber bearings are studied. the conclusions can be used as reference to earthquake-reduction and seismic-isolation design of the north-bridge approach of xia-zhang long-span bridge.keywords:

20、severe earthquake region; continuous girder bridges; spherical bearings; friction pendulum system; viscous damper; lead-rubber bearings; parameter analysis of seismic device目 錄摘 要iabstractii目 錄iv第一章緒論11.1課題背景11.2橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)述41.2.1傳統(tǒng)的基于強(qiáng)度的抗震設(shè)計(jì)方法41.2.2延性抗震設(shè)計(jì)方法41.2.3減隔震控制技術(shù)41.3減隔震的概念、機(jī)理和目前的一些實(shí)用裝置51.3.1

21、柔性支撐裝置61.3.2滑動(dòng)摩擦減隔震裝置61.3.3阻尼器71.4橋梁結(jié)構(gòu)減隔震技術(shù)的研究意義81.5本文研究?jī)?nèi)容安排及創(chuàng)新點(diǎn)8第二章減隔震橋梁的設(shè)計(jì)方法102.1減隔震橋梁的概念設(shè)計(jì)102.1.1減隔震橋梁的設(shè)防水準(zhǔn)及隔震目標(biāo)102.1.2減隔震橋梁的適用情況112.1.3減隔震裝置的選取與布置原則112.1.4地震動(dòng)輸入122.2減隔震橋梁的細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)132.2.1與傳統(tǒng)抗震構(gòu)造措施的協(xié)作132.2.2減隔震橋梁構(gòu)造措施132.3減隔震分析方法與建模142.3.1反應(yīng)譜分析方法142.3.2時(shí)程反應(yīng)分析方法152.3.3分析模型建立152.4小結(jié)18第三章廈漳大橋北引橋有限元分析模型1

22、93.1引言193.2廈漳大橋北引橋工程概況193.3連續(xù)梁橋有限元分析模型的建立203.3.1主梁的模擬203.3.2群樁基礎(chǔ)的模擬213.3.3邊界條件的模擬223.3.4橋墩的模擬233.3.5廈漳大橋北引橋整體結(jié)構(gòu)有限元模型243.4抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)防目標(biāo)研究243.4.1抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)與結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)243.4.2地震輸入確定253.5小結(jié)26第四章廈漳大橋北引橋減隔震設(shè)計(jì)研究284.1引言284.2常用減隔震裝置的減隔震原理及力學(xué)模型284.2.1雙曲面球型減隔震支座的減隔震機(jī)理與計(jì)算模型284.2.2普通球型抗震支座模型和參數(shù)304.2.3粘滯阻尼器減震原理與計(jì)算模型314.2.4鉛

23、芯橡膠支座減震原理與計(jì)算模型334.3廈漳大橋北引橋結(jié)構(gòu)減隔震設(shè)計(jì)布置方案354.3.1減隔震設(shè)計(jì)思路354.3.2減隔震裝置的布置方案354.3.3支座布置方案效果分析及比較414.3.4各方案結(jié)果比較514.4小結(jié)54第五章減隔震裝置主要參數(shù)設(shè)計(jì)和建議565.1雙曲面球型支座565.2粘滯阻尼器565.3鉛芯橡膠支座605.4小結(jié)63第六章結(jié)論與展望656.1本文工作結(jié)論656.2未來(lái)工作展望66參考文獻(xiàn)68在學(xué)期間發(fā)表的論著及參與的科研項(xiàng)目73致 謝74第一章 緒論1.1 課題背景地震是與地球構(gòu)造運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)的一種自然現(xiàn)象。它是伴隨著地殼上能量的釋放而引起的地球表面強(qiáng)烈振動(dòng)。我國(guó)就是一個(gè)

24、多地震的國(guó)家，許多橋梁橋址處于地震多發(fā)區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，橋址處地震、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害頻繁。倘若橋梁工程遭到嚴(yán)重破壞，就會(huì)切斷震區(qū)的交通生命線，造成救災(zāi)工作困難，加重次生災(zāi)害。因此，橋梁的抗震防災(zāi)工作顯得極為重要。2008年5月12日14時(shí)28分，在四川東部龍門(mén)山構(gòu)造帶汶川附近發(fā)生了80級(jí)強(qiáng)烈地震，極震區(qū)烈度高達(dá)xi度。此次地震不僅在震中區(qū)附近造成災(zāi)難性的破壞，而且在四川省和鄰近的甘肅和陜西省大范圍內(nèi)也造成了破壞，其影響更是波及到全國(guó)絕大部分地區(qū)乃至境外，是新中國(guó)成立以來(lái)我國(guó)大陸發(fā)生的破壞性最為嚴(yán)重的地震。據(jù)報(bào)道，“截至2008年6月19日，汶川地震已造成公路、橋梁、隧道各類交通基礎(chǔ)設(shè)施的直接經(jīng)濟(jì)

25、損失達(dá)670億元。造成24條高速公路、161條國(guó)省干線、8618條鄉(xiāng)村公路、6140座橋梁、156條隧道受損?！便氪ā?·12”地震再一次顯示了橋梁工程破壞的嚴(yán)重后果（圖1.1），也再一次說(shuō)明了橋梁工程抗震研究的重要性。圖1.1 213國(guó)道白花鎮(zhèn)百花大橋倒塌fig 1.1 collapse of baihua bridge in state highway 213在各種橋梁結(jié)構(gòu)形式中，以簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁為代表的梁式橋在連接省際、市際的國(guó)道和省道中占據(jù)了主導(dǎo)地位。在汶川“5·12”地震許多受損的橋梁中，梁式橋就占有很大比例（圖1.1）。因此，在地震災(zāi)害中，確保生命線工程的安全，

26、加強(qiáng)對(duì)梁式橋地震行為的認(rèn)識(shí)，對(duì)工程抗震具有重要的意義。由于梁式橋結(jié)構(gòu)的構(gòu)造類型通常由上部結(jié)構(gòu)（主梁）、連接部位（支座）、下部結(jié)構(gòu)（墩柱、承臺(tái)）及基礎(chǔ)等部分組成，因此梁式橋震害的分類通常也是從以上幾個(gè)角度來(lái)進(jìn)行：上部結(jié)構(gòu)在地震災(zāi)害中由于結(jié)構(gòu)本身強(qiáng)度破壞而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)失效的情況較為少見(jiàn)，多為在地震作用下產(chǎn)生的大位移，或是由于地基土的作用造成位移放大而引起的主梁落梁或主梁間撞擊造成的主梁損壞。下部結(jié)構(gòu)的震害通常表現(xiàn)為彎曲損傷和剪切損傷，究其原因有約束箍筋配置不足、縱向鋼筋搭接或焊接不牢等引起墩柱延性能力不足和強(qiáng)梁弱柱的設(shè)計(jì)方式；地震中橋梁支座的破壞較為普遍，支座歷來(lái)被認(rèn)為是橋梁整體抗震性能上的一個(gè)薄

27、弱環(huán)節(jié)，支座在地震中失效會(huì)引起內(nèi)力重新分布，可能使橋梁的上部結(jié)構(gòu)或下部結(jié)構(gòu)超載，或二者都超載，繼而可能引起倒塌。在汶川“5·12”地震中就有不少支座破壞的例子（圖1.2、圖1.3）。從以上橋梁震害分析來(lái)看，不少上部結(jié)構(gòu)及下部結(jié)構(gòu)的損傷都與支座有關(guān)。因此，支座雖小，但其重要性和安全性卻是值得橋梁工程師重視的。 圖1.2 百花大橋支座的損傷 圖1.3 綿竹市回瀾立交橋支座的損傷fig1.2 sheer damage to the support of fig1.3 sheer damage to the support of baihua bridge huilan overpass i

28、n mianzhu city采用減隔震裝置是橋梁抗震的重要手段，具有廣闊的發(fā)展前景。由于它不需要引入外部能源，比較經(jīng)濟(jì)且易于在工程上實(shí)現(xiàn)，非常適合我國(guó)的國(guó)情。國(guó)外在橋梁的減隔震方面具有大量的研究成果，減隔震裝置在歷次大地震中也經(jīng)受了考驗(yàn)。我國(guó)在一些大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)上也采用了減隔震裝置來(lái)降低結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，在減震耗能技術(shù)上已經(jīng)具有一定的研究和應(yīng)用基礎(chǔ)。但在汶川地震災(zāi)區(qū)中，未見(jiàn)到采用減隔震和耗能裝置的橋梁，如果采用減隔震裝置也許會(huì)大大減輕結(jié)構(gòu)的地震災(zāi)害。但是，減隔震的設(shè)計(jì)方法不同于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，它的推廣需要橋梁工程師擺脫傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的束縛。由于減隔震技術(shù)在我國(guó)起步較晚，尚未得到普遍推廣。許多橋梁工

29、程師并未充分認(rèn)識(shí)到減隔震的價(jià)值，減隔震主要是科研人員研究分析的對(duì)象。正是在這種情況下，本論文選擇梁式橋的減隔震體系進(jìn)行研究。希望通過(guò)對(duì)隔震系統(tǒng)進(jìn)行一定的分析、比選，可以給出一個(gè)面向于廣大橋梁工程師的、適宜于運(yùn)用減隔震技術(shù)的橋梁的適用范圍，使橋梁工程師們了解在什么樣的條件下采用減隔震設(shè)計(jì)比較有效，了解不同的減隔震裝置的適用范圍。希望可以籍本課題的研究，進(jìn)一步推動(dòng)減隔震技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展與應(yīng)用。廈漳跨海大橋工程起于角嵩路與青興路交點(diǎn)處（廈門(mén)市和漳州界線交界處）的角嵩路上，止于漳州龍海市后宅處。在廈門(mén)岸，線路沿著廈門(mén)和漳州的分界線，經(jīng)過(guò)廈門(mén)青興水泥廠、海滄區(qū)青礁村和規(guī)劃的廈門(mén)港的23號(hào)泊位處跨海，在經(jīng)

30、過(guò)規(guī)劃的23號(hào)泊位后，往東偏，在海門(mén)島煙墩山的東側(cè)上島后，從海山小學(xué)和海山村的西側(cè)穿過(guò)，經(jīng)過(guò)海平避風(fēng)港山頭后跨過(guò)南汊海域，在漳州海平渡口處上岸，跨越疏港一級(jí)公路后，沿著往后宅的平地展線，終點(diǎn)和海平立交匝道相接，再由海平立交與現(xiàn)有的道路相接。橋位二（推薦橋位）起于角嵩路與青興路交點(diǎn)處（廈門(mén)市和漳州界線交界處）的角嵩路上，止于漳州龍海市后宅處。路線全長(zhǎng)10.841km,其中橋長(zhǎng)度10121.0m，包括主跨為720m的北汊主橋和主跨為290m的南汊主橋以及北引橋、南引橋和多座立交橋。大橋工程場(chǎng)地地處地震多發(fā)區(qū)，地震基本烈度為度，抗震設(shè)防要求按8.6度設(shè)防，同時(shí)在地震烈度值為、度的地震條件下，擬建大橋

31、場(chǎng)地分別存在砂土液化、嚴(yán)重液化等問(wèn)題，并需考慮飽和軟土震陷影響。因此該工程橋梁抗震設(shè)計(jì)問(wèn)題非常突出，技術(shù)難度也非常大，重慶交通科研設(shè)計(jì)院對(duì)其開(kāi)展了專門(mén)研究。目前，廈漳大橋的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)內(nèi)同類型同規(guī)模橋梁工程中最高的，因此其引橋和多座立交橋的抗震設(shè)計(jì)在滿足2008新實(shí)施的規(guī)范公路橋梁設(shè)計(jì)細(xì)則要求的條件下，也有必要引入新規(guī)范中一些先進(jìn)的抗震設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法，提高橋梁抗震設(shè)計(jì)水平，同時(shí)盡可能地節(jié)省投資。因此，本課題以廈漳跨海大橋北引橋工程為研究對(duì)象，對(duì)北引橋連續(xù)梁橋的抗震性能進(jìn)行研究，這無(wú)論從經(jīng)濟(jì)角度還是從安全角度都是特別重要的。目前，無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外對(duì)連續(xù)梁橋的抗震性能研究已經(jīng)比較多了，但是

32、對(duì)于高烈度地震下的抗震性能研究還不多，并且國(guó)內(nèi)以往的絕大多數(shù)橋梁工程抗震都依據(jù)jtj004-89公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，但在最近的汶川大地震中，這種基于強(qiáng)度的抗震設(shè)計(jì)方法的缺陷再次被突出地反映出來(lái)。因此，本文特選用了橋址處于地震高烈度區(qū)的廈漳跨海大橋工程，并依據(jù)新實(shí)施的抗震規(guī)范公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則對(duì)廈漳大橋北引橋進(jìn)行了抗震性能分析，重點(diǎn)探討減隔震措施。1.2 橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)述1.2.1 傳統(tǒng)的基于強(qiáng)度的抗震設(shè)計(jì)方法現(xiàn)已被 公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則51代替的舊規(guī)范公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范jtj004-8944規(guī)定，位于7°及7°以上地震區(qū)內(nèi)的新建橋梁，均需要進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)

33、。這里所謂的抗震設(shè)計(jì)實(shí)際上僅是設(shè)計(jì)地震作用下的強(qiáng)度驗(yàn)算，基本沒(méi)有涉及與位移和延性有關(guān)的設(shè)計(jì)過(guò)程。這種單純利用結(jié)構(gòu)自身的強(qiáng)度(如加大構(gòu)件的截面尺寸或提高材料的強(qiáng)度等)來(lái)抗震，對(duì)于隨機(jī)性很強(qiáng)、發(fā)生概率又很小的強(qiáng)震作用，既不經(jīng)濟(jì)又不全面。1.2.2 延性抗震設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)在構(gòu)件達(dá)到屈服強(qiáng)度后，能保持外荷載不變、而變形不斷增長(zhǎng)的能力稱為延性能力。橋梁延性抗震設(shè)計(jì)是將橋墩的某些部位(通常是橋墩底部)設(shè)計(jì)成具有足夠的延性，以便在強(qiáng)震作用下，在這些部位形成穩(wěn)定的延性塑性鉸，產(chǎn)生彈塑性變形來(lái)耗散地震能量。延性抗震設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)方法的主要區(qū)別是，它通過(guò)在結(jié)構(gòu)預(yù)先選定的塑性較區(qū)域發(fā)生彈塑性變形來(lái)耗散地震能

34、量和延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的周期。在延性抗震方面，park李等人39做了大量的工作，并提出了一整套切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方法。然而，延性抗震方法存在以下不足之處： 依靠屈服耗能減震將導(dǎo)致橋梁的重要支承構(gòu)件橋墩產(chǎn)生損傷，因此即使是中等強(qiáng)度的地震，震后也需要進(jìn)行昂貴的修復(fù)工作。 延性橋梁結(jié)構(gòu)允許較大的變形，因而對(duì)上部結(jié)構(gòu)與橋臺(tái)連接的部位要進(jìn)行仔細(xì)設(shè)計(jì)，否則橋臺(tái)的損壞會(huì)阻礙震后的交通。 由于橋墩的屈服所產(chǎn)生的永久性傾斜，通常難以恢復(fù)。 為了確保構(gòu)件達(dá)到延性屈服的目的，其設(shè)計(jì)過(guò)程通常比較復(fù)雜。1.2.3 減隔震控制技術(shù)減隔震設(shè)計(jì)思想的提出已有100多年的歷史了。20世紀(jì)60年代以來(lái)，由于一些相關(guān)領(lǐng)域(如計(jì)算機(jī)軟、硬件，大型

35、伺服控制振動(dòng)臺(tái)，地震學(xué)家對(duì)特定場(chǎng)地地震動(dòng)的估測(cè)能力等)的迅速發(fā)展，減隔震技術(shù)的推廣也獲得了很大的進(jìn)步，采用減隔震技術(shù)建造的橋梁在世界范圍已有很多例?，F(xiàn)代減隔震控制技術(shù)為結(jié)構(gòu)物抵御地震作用提供了新的途徑。工程結(jié)構(gòu)減震控制是通過(guò)在工程結(jié)構(gòu)的特定部位安裝某種減隔震裝置(如鉛芯橡膠支座)、或某種耗能機(jī)構(gòu)(如阻尼器)、或某種附加子結(jié)構(gòu)(如調(diào)諧質(zhì)量阻尼器)、或施加外力，以改變、調(diào)整結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性或動(dòng)力作用，從而使工程結(jié)構(gòu)在地震作用下的動(dòng)力反應(yīng)限制在容許的范圍內(nèi)，以確保工程結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性、可使用性和舒適性。在國(guó)外，減隔震技術(shù)在橋梁上的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，并且該技術(shù)已經(jīng)為橋梁抗震做出了引人注目的貢獻(xiàn)，

36、一些減隔震橋梁在地震中具有良好的抗震性能，保證了震后的正常使用。為了使橋梁減隔震技術(shù)早日廣泛應(yīng)用于我國(guó)，促進(jìn)和提高我國(guó)的橋梁抗震技術(shù)，很有必要對(duì)該技術(shù)進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究，使其能真正付諸于實(shí)施。1.3 減隔震的概念、機(jī)理和目前的一些實(shí)用裝置減隔震的本質(zhì)和目的就是將結(jié)構(gòu)與可能引起破壞的地面運(yùn)動(dòng)盡可能分離開(kāi)來(lái)。要達(dá)到這個(gè)目的?？赏ㄟ^(guò)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自振周期，避開(kāi)地震能量集中的范圍，減少結(jié)構(gòu)承受的地震作用，從而降低結(jié)構(gòu)的地震力，見(jiàn)圖1.4。但通過(guò)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期以達(dá)到折減地震力，必然伴隨著結(jié)構(gòu)位移的增大見(jiàn)圖，1.5，從而可能造成設(shè)計(jì)上的困難。此外，由于結(jié)構(gòu)較柔，在正常使用荷載作用下結(jié)構(gòu)可能發(fā)生有害振動(dòng)。為了控制

37、過(guò)大變形，可通過(guò)在結(jié)構(gòu)中引入阻尼裝置。以增加結(jié)構(gòu)的阻尼，從而減低結(jié)構(gòu)的位移。此外，從圖1.4可知，增加結(jié)構(gòu)的阻尼還可以同時(shí)降低結(jié)構(gòu)的動(dòng)力加速度。從上述論述可知，在進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將重點(diǎn)放在提高耗散能力和分散地震力上，不能過(guò)分追求加長(zhǎng)周期。應(yīng)選用作用機(jī)制簡(jiǎn)單的減隔震裝置，并在其力學(xué)性能明確的范圍內(nèi)使用。另外，減隔震裝置不僅要能減震耗能，還應(yīng)滿足正常運(yùn)營(yíng)荷載的承載要求。具體有以下要求： 在不同水準(zhǔn)地震作用下，減隔震支座都應(yīng)保持良好的豎向荷載支承能力。 減隔震裝置應(yīng)具有較高的初始水平剛度，使得橋梁在風(fēng)荷載、制動(dòng)力等作用下不發(fā)生過(guò)大的變形和有害的振動(dòng)。 當(dāng)溫度、徐變等引起上部結(jié)構(gòu)緩慢的伸縮變形時(shí)，

38、減隔震支座產(chǎn)生的抗力比較低。 減隔震裝置應(yīng)具有較好的自復(fù)位能力。 圖1.4 加速度反應(yīng)譜 圖1.5 位移反應(yīng)譜fig.1.1 response chart of acceleration fig.1.2 response chart of displacement1.3.1 柔性支撐裝置柔性支撐裝置主要通過(guò)向結(jié)構(gòu)提供柔性，使結(jié)構(gòu)的基本周期偏離地震波的卓越周期來(lái)達(dá)到減小結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的目的。目前橡膠支座作為一種柔性支撐，是世界上應(yīng)用最廣，實(shí)用性最好的一種。常見(jiàn)有以下幾種： 板式橡膠支座 板式橡膠支座是唯一一個(gè)既具有線性恢復(fù)力又有線性阻尼的單個(gè)元件的減隔震裝置。它是由多層橡膠與薄鋼板鑲嵌、粘合、硫化

39、而成。板式橡膠支座具有足夠的豎向剛度以承受垂直荷載；有良好的彈性以適應(yīng)梁端的轉(zhuǎn)動(dòng)；有較大的剪切變形以滿足上部結(jié)構(gòu)的水平位移；具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、養(yǎng)護(hù)方便、易于更換等特點(diǎn)。板式橡膠支座還有良好的防振作用，可減少動(dòng)荷載對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)與橋臺(tái)的沖擊13，32，33 。由于不能控制梁體與墩、臺(tái)之間的過(guò)大的相對(duì)位移，板式橡膠支座具有一定的局限性34。 鉛芯橡膠支座 鉛芯橡膠支座是在板式橡膠支座的中間設(shè)置圓孔并壓入鉛而制成。板式橡膠支座能夠承受豎向壓力，并能提供屈服后剛度。鉛芯在接近純剪切情形下，反復(fù)變形時(shí)可以發(fā)揮穩(wěn)定的吸收能量的能力。鉛芯橡膠支座是一種阻尼器內(nèi)置型的板式橡膠支座，具有較高的初始剛度，在鉛芯

40、屈服后剛度又很小，在很多場(chǎng)合都是最適合的減隔震裝置35 。鉛芯橡膠支座是非線性減隔震裝置，可以很好地用雙線性恢復(fù)力來(lái)描述。 高阻尼橡膠支座 高阻尼橡膠支座是在板式橡膠支座中使用具有高阻尼的橡膠，這樣制成的支座一方面可支承上部結(jié)構(gòu)重量，同時(shí)又具有吸收地震能量的作用35。由于與阻尼器的功能形成一體，高阻尼橡膠支座可以節(jié)省使用空間，施工上也較為方便。 新型減震橡膠支座 1990年，范立礎(chǔ)和哀萬(wàn)城在國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的板式橡膠支座的基礎(chǔ)上，增加了弧形鋼板條耗能器，將之改進(jìn)成新型的減震橡膠支座，于1992年獲國(guó)家專利。新型減震支座保留了板式橡膠支座的特點(diǎn)，同時(shí)利用了弧形鋼板條在地震動(dòng)過(guò)程中的彈塑性變形增加結(jié)構(gòu)阻尼

41、，來(lái)達(dá)到耗散地震能量的效果27 ,37。1.3.2 滑動(dòng)摩擦減隔震裝置滑動(dòng)摩擦裝置通過(guò)支承的滑動(dòng)使結(jié)構(gòu)的周期偏離地面運(yùn)動(dòng)的卓越周期，其摩擦起到阻尼器的作用?；瑒?dòng)摩擦裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單，由于不具有明確的周期，可以在相當(dāng)廣的頻率范圍內(nèi)獲得良好的減隔震效果。國(guó)內(nèi)外有關(guān)滑動(dòng)減隔震裝置的研究表明，用干摩擦材料來(lái)隔離地面運(yùn)動(dòng)和上部結(jié)構(gòu)，能夠有效地控制地面?zhèn)鞯缴喜拷Y(jié)構(gòu)的地震作用，減少結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。中小地震時(shí)，滑動(dòng)支承產(chǎn)生彈性變形，由于周期特性較長(zhǎng)，使地震力減??；大地震時(shí)，由于開(kāi)始滑動(dòng)，地震力不再增大，而摩擦耗能也能減小梁體和墩、臺(tái)之間的相對(duì)位移35。用于滑動(dòng)摩擦減隔震的裝置主要有： 滑板橡膠支座(ptfe) 滑

42、板橡膠支座是在普通板式橡膠支座上，按照支座尺寸的大小粘覆一層厚24mm的聚四氟乙烯板制成，除具有普通板式橡膠支座的優(yōu)勢(shì)外，還能利用聚四氟乙烯板與梁底不銹鋼板的低摩擦系數(shù)(f = 0.040.08)使橋梁上部構(gòu)造的水平位移不受限制31,32,33。但是，這種裝置由于不具有向平衡位置的自恢復(fù)力，不易控制梁體與墩、臺(tái)之間的相對(duì)位移。 回彈滑動(dòng)支座 回彈滑動(dòng)支座由一組重疊放置又相互滑動(dòng)的帶孔四氟薄板和一個(gè)中央橡膠核、若干個(gè)衛(wèi)星橡膠核組成。主要是為了解決上部結(jié)構(gòu)與滑動(dòng)裝置之間位移過(guò)大的缺陷，這種減隔震裝置比鉛芯橡膠支座及四氟乙烯支座具有更寬的減隔震范圍。但這種減隔震裝置的構(gòu)造比較復(fù)雜。 摩擦擺支座(fp

43、s) 摩擦擺支座的概念從單擺運(yùn)動(dòng)演變而來(lái)27,40。當(dāng)摩擦擺支座所支承的上部結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生微小擺動(dòng)時(shí)，摩擦阻尼消耗地震能量，從而達(dá)到減震效果。摩擦擺支座的減隔震效果與固有周期和摩擦系數(shù)密切相關(guān)。1.3.3 阻尼器在減震阻尼其中，有利用彈塑性滯回能量耗能的彈塑性阻尼器，有依賴于地震反應(yīng)度衰減能量的粘性體或油阻尼器。 彈塑性阻尼器 彈塑性阻尼器是線性阻尼器的極佳候選者。但足它可能難于達(dá)到減隔震所要求的阻尼值。它的性能與溫度密切相關(guān)，在要求使用壽命為50100年的情況下，可能需要維護(hù)保養(yǎng)。 粘性阻尼器 粘性阻尼器的最常見(jiàn)類型是粘性油缸，一般由缸體、活塞和粘性液體組成?；钊诟左w內(nèi)可作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，

44、活塞上有小孔，當(dāng)活塞與油缸間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，液體從活塞上的小孔通過(guò)，從而產(chǎn)生粘滯阻尼。粘性油缸中的粘性液體一般為硅油。粘性油缸要達(dá)到設(shè)計(jì)所需的粘滯系數(shù)，油缸內(nèi)的液體的壓力是很大的，這樣在長(zhǎng)達(dá)50年或100年的使用期內(nèi)保證其額定的壓力就很困難。如果油缸內(nèi)的粘性液體發(fā)生滲漏，還會(huì)威脅結(jié)構(gòu)的安全。 摩擦阻尼器 摩擦是一種很好的耗能方式，這種耗能方式在火車和汽車已被廣泛應(yīng)用，在結(jié)構(gòu)工程中也出現(xiàn)了各種不同構(gòu)造形式和不同摩擦材料的摩擦阻尼器。其特點(diǎn)是產(chǎn)生滑動(dòng)后水平荷載恒定不變。與彈塑性阻尼器不同，摩擦阻尼器的性能不受溫度影響，即使由于摩擦產(chǎn)生的熱量使阻尼器的溫度升高許多，摩擦阻尼器的性能也基本無(wú)變化。1.

45、4 橋梁結(jié)構(gòu)減隔震技術(shù)的研究意義在橋梁抗震設(shè)計(jì)中，引入減隔震技術(shù)的目的就是利用減隔震裝置在滿足正常使用功能要求的前提下，達(dá)到延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期，消耗大量地震能量，降低結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。因此，對(duì)于橋梁的減隔震設(shè)計(jì)，最重要的因素就是設(shè)計(jì)合理、可靠的減隔震裝置并使其在地震發(fā)生時(shí)充分發(fā)揮作用。橋梁結(jié)構(gòu)的大部分耗能、塑性變形應(yīng)集中于這些裝置，允許這些裝置在地震作用下發(fā)生大的塑性變形和存在一定的殘余位移，而結(jié)構(gòu)其他構(gòu)件的響應(yīng)基本為彈性或有限塑性。應(yīng)注意到，當(dāng)減隔震裝置采用的是鉛芯橡膠支座或高阻尼橡膠支座時(shí)，已改變了傳統(tǒng)鋼支座等提供的約束關(guān)系，它與傳統(tǒng)的鋼支座不同，不再提供簡(jiǎn)單的“固定”、“可動(dòng)”約束條件，而是彈性約束

46、條件，這也就使得結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)成為整體。同時(shí)給設(shè)計(jì)人員提供了一種比較自由的方式來(lái)確定分配到下部結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的水平力，改善了整個(gè)橋梁下部結(jié)構(gòu)的受力。在橋梁抗震研究領(lǐng)域，尋求更有效的抗震手段來(lái)抵抗地震對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞是橋梁抗震研究的主要課題14-19，這對(duì)于保證橋梁在地震中的安全和正常使用，對(duì)于城市和地區(qū)的抗震減災(zāi)工作和地震災(zāi)區(qū)的震后恢復(fù)重建工作都具有重要意義 20：通過(guò)設(shè)置減隔震裝置，可以改善地震力在下部結(jié)構(gòu)各支座間的分布，保護(hù)基礎(chǔ)、橋墩、橋臺(tái)等不受破壞；對(duì)結(jié)構(gòu)橫向地震反應(yīng)采用減隔震技術(shù)，可以調(diào)節(jié)橫向剛度，改善結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)平衡，全面降低地震反應(yīng)；上部結(jié)構(gòu)采用減隔震技術(shù)可以用來(lái)減少或消除下部結(jié)構(gòu)超出彈性范

47、圍的現(xiàn)象，即在難以檢查或修復(fù)的地方，如部分埋置的橋墩和它們的基礎(chǔ)，可避免發(fā)生嚴(yán)重的非彈性變形；各減隔震裝置在正常使用條件下，由于溫度、收縮、徐變等變形引起的抗力很小，為連續(xù)梁橋在城市橋梁中的使用提供了可能，即減小了伸縮縫的規(guī)模；采用減隔震技術(shù)后，在同等造價(jià)情況下可獲得比傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)更高的抗震性能；與傳統(tǒng)非減隔震橋梁相比，在經(jīng)歷較大地震后，減隔震裝置的更換比較容易，維修時(shí)間和費(fèi)用均比較低，而傳統(tǒng)橋梁的抗震加固在時(shí)間、費(fèi)用上一般均比較高。1.5 本文研究?jī)?nèi)容安排及創(chuàng)新點(diǎn)本文內(nèi)容作以下安排：第一章為緒論部分，概括介紹了本文的研究背景和橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法，介紹減隔震技術(shù)的概念、機(jī)理以及目前一些實(shí)用

48、的減隔震裝置；闡明了本文的研究目的和意義以及本文的內(nèi)容安排。第二章為減隔震橋梁的設(shè)計(jì)方法部分，在大量文獻(xiàn)調(diào)研和閱讀的基礎(chǔ)上，概括了減隔震橋梁設(shè)計(jì)的適用條件；簡(jiǎn)述了減隔震橋梁的概念設(shè)計(jì)以及對(duì)細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計(jì)；最后介紹了減隔震橋梁的分析方法與建模。第三章為廈漳大橋北引橋有限元分析模型部分，本章運(yùn)用有限元程序sap2000建立該橋的動(dòng)力分析模型。分析模型的模擬著重于結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量和邊界條件的模擬，使其盡量與實(shí)際結(jié)構(gòu)相符。為減隔震裝置的模擬及廈漳大橋北引橋的抗震性能分析提供準(zhǔn)確的有限元模型。第四章為廈漳大橋北引橋減隔震設(shè)計(jì)研究部分，以廈漳跨海大橋北引橋?yàn)檠芯繉?duì)象，通過(guò)比較采用減隔震裝置前后該橋的地震反

49、應(yīng)，分析了各減隔震裝置對(duì)北引橋的減震效果。第五章為減隔震裝置主要參數(shù)設(shè)計(jì)和建議部分，本章以廈漳跨海大橋北引橋?yàn)槔饕治隽苏硿枘崞鞯脑O(shè)計(jì)參數(shù)阻尼系數(shù)c和速度指數(shù)的變化以及鉛芯橡膠支座主要的三個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)支座屈服前剛度k1、支座屈服后剛度k2和支座屈服力qd的變化對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響規(guī)律，并對(duì)雙曲面球型支座、粘滯阻尼器和鉛芯橡膠支座參數(shù)設(shè)計(jì)提出了幾點(diǎn)建議。第六章為結(jié)語(yǔ)和工作展望部分，本章主要總結(jié)了本文的研究范圍、本文的工作內(nèi)容、以及未來(lái)的工作展望。本文的創(chuàng)新點(diǎn)： 論文是在廈漳大橋位于高烈度地震區(qū)而需要具有較高設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的特定情況下，對(duì)其北引橋連續(xù)梁橋的減隔震設(shè)計(jì)進(jìn)行初步研究。目前，廈漳大橋的抗震設(shè)

50、防標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)內(nèi)同類型同規(guī)模橋梁工程中最高的，因此，對(duì)處于高烈度地震區(qū)的北引橋連續(xù)梁橋進(jìn)行抗震分析對(duì)于確保大橋抗震安全具有重要的實(shí)際意義。 論文是在重慶交通科研設(shè)計(jì)院主持編寫(xiě)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路橋梁抗震細(xì)則于2008年8月29日經(jīng)交通運(yùn)輸部發(fā)布、10月1日實(shí)施后的特定情況下，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)新增加的減隔震橋梁設(shè)計(jì)原則和有關(guān)規(guī)定，對(duì)于北引橋連續(xù)梁橋的減隔震設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行研究。也是該標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后國(guó)內(nèi)首次在大型橋梁建設(shè)中專門(mén)針對(duì)連續(xù)梁橋減隔震設(shè)計(jì)進(jìn)行研究的工程實(shí)例，其研究工作和取得的成果對(duì)于驗(yàn)證該標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)和控制減隔震橋梁設(shè)計(jì)的作用具有重要的工程意義。第二章 減隔震橋梁的設(shè)計(jì)方法2.1 減隔震橋梁的概念設(shè)計(jì)減隔震橋梁的設(shè)

51、計(jì)方法與橋梁靜力設(shè)計(jì)、非減隔震橋梁抗震設(shè)計(jì)方法流程有諸多類似之處，也有其獨(dú)特的一面。一般來(lái)講，減隔震橋梁的設(shè)計(jì)應(yīng)包含三個(gè)階段，即概念設(shè)計(jì)階段、數(shù)值設(shè)計(jì)階段、細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)階段。通常，人們比較重視數(shù)值設(shè)計(jì)階段，而對(duì)概念設(shè)計(jì)階段、細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)階段則不夠重視。實(shí)際上，由于人們對(duì)地震機(jī)理、橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)等方面的認(rèn)識(shí)存在很大的局限性，有效的減隔震設(shè)計(jì)最主要的是借助于人類已積累的經(jīng)驗(yàn)，而不是依賴于單純的理論分析計(jì)算結(jié)果，因而，概念設(shè)計(jì)與細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)對(duì)減隔震橋梁是非常重要的。減隔震橋梁的概念設(shè)計(jì)內(nèi)容包括設(shè)防水準(zhǔn)及其對(duì)應(yīng)減隔震目標(biāo)的確定、減隔震橋梁的適用情況、減隔震裝置的選取與布置原則、地震輸入的選取等方面。

52、2.1.1 減隔震橋梁的設(shè)防水準(zhǔn)及隔震目標(biāo)近幾十年來(lái)，美國(guó)、日本等國(guó)家的地震工程專家先后提出了分級(jí)設(shè)防的抗震設(shè)計(jì)思想，即“小震不壞、中震可修、大震不倒”。各國(guó)根據(jù)自己的國(guó)情，制定了不同的設(shè)防水準(zhǔn)和設(shè)計(jì)方法。從一水平設(shè)防，一階段設(shè)計(jì)逐漸發(fā)展到雙水平設(shè)防、三水平設(shè)防，兩階段設(shè)計(jì)，以及多水平設(shè)防、多性能目標(biāo)的基于性能的抗震設(shè)計(jì)等。1）一水平設(shè)防，一階段設(shè)計(jì)公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（jtj004-89）采用的就是一水平設(shè)防，一階段設(shè)計(jì)，.設(shè)防的水平是基本烈度（50年超越概率10%），設(shè)防的目標(biāo)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要程度，從經(jīng)一般整修即可正常使用，到不發(fā)生嚴(yán)重破壞。歐洲統(tǒng)一規(guī)范（eurocode8）采用的也是一階段

53、設(shè)計(jì)方法，只是更注重結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。實(shí)踐表明，一水平設(shè)防，一階段設(shè)計(jì)存在許多的不足。2）雙水平設(shè)防、三水平設(shè)防，兩階段設(shè)計(jì)我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（gb50011-2001）就是采用三水平設(shè)防兩階段設(shè)計(jì)方法，即對(duì)于發(fā)生頻率高、可能性大的中小地震，基本不影響使用功能，驗(yàn)算小震的強(qiáng)度；對(duì)于發(fā)生概率小的大地震，要求結(jié)構(gòu)不倒塌或不發(fā)生嚴(yán)重破壞，驗(yàn)算塑性變形。日本公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中采用雙水平設(shè)防兩階段設(shè)計(jì)方法。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)橋梁（a類橋），要求在小震作用下，不出現(xiàn)有損橋梁健全的破壞現(xiàn)象；在大震作用下，不對(duì)橋梁產(chǎn)生致命破壞。對(duì)特別重要橋梁（b類橋），要求在小震作用下，不出現(xiàn)有損橋梁健全的破壞現(xiàn)象；在大震作用

54、下，僅對(duì)橋梁產(chǎn)生有限的損傷。新的美國(guó)aashto規(guī)范也采用了兩水平設(shè)防兩階段設(shè)計(jì)方法。由重慶交通科研設(shè)計(jì)院主編的公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則中，規(guī)定采用兩水平設(shè)防兩階段設(shè)計(jì)方法。當(dāng)橋梁遭受重現(xiàn)期較低的e1地震作用時(shí)，各類橋梁一般不受損壞或不需修復(fù)可繼續(xù)使用；當(dāng)橋梁遭受重現(xiàn)期較高的e2地震作用時(shí)，a類橋梁（主跨150米以上的特大橋）可發(fā)生局部輕微損傷，不需修復(fù)或經(jīng)簡(jiǎn)單修復(fù)可繼續(xù)使用，b、c（單跨跨徑不超過(guò)150m的橋梁）類橋梁應(yīng)保證不致倒塌或不產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損傷，經(jīng)加固修復(fù)后仍可繼續(xù)使用。3）多水平設(shè)防，多性能目標(biāo)的基于性能的抗震設(shè)計(jì)1994年美國(guó)northridge地震和1995年日本kobe地震后，美

55、、日學(xué)者提出了基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想（performance-based design philosophy），主要包括結(jié)構(gòu)抗震性能等級(jí)的定義，抗震性能目標(biāo)的選擇，以及通過(guò)正確設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)性能目標(biāo)三部分。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是抗震性能目標(biāo)可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性“自主選擇”。由于進(jìn)入非彈性階段后結(jié)構(gòu)性能狀態(tài)的分析比較困難，全面結(jié)構(gòu)性能狀態(tài)的指標(biāo)仍在研究中，所以目前這種方法仍然不十分成熟。2.1.2 減隔震橋梁的適用情況橋梁減隔震設(shè)計(jì)有其適用條件，從現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則51可知，如果滿足下面三個(gè)條件或其中一條就可嘗試采用減震隔震技術(shù)進(jìn)行橋梁的減隔震設(shè)計(jì)： 橋梁中有剛性墩，橋的基本振動(dòng)周期比較短；

56、 橋梁的高度是不規(guī)則的，例如相鄰橋墩的高度顯著不同，因而可能存在對(duì)某個(gè)墩延性要求很高的情況； 對(duì)于給定的場(chǎng)地，預(yù)期地面運(yùn)動(dòng)特性比較明確，具有較高的卓越頻率和在長(zhǎng)周期范圍內(nèi)所含能量較低。而存在以下情況之一時(shí)，則不適合采用減隔震設(shè)計(jì)： 基礎(chǔ)土層不穩(wěn)定；下部結(jié)構(gòu)柔性大，原有結(jié)構(gòu)的固有周期比較長(zhǎng)； 位于軟弱場(chǎng)地，延長(zhǎng)周期可能引起共振； 支座中出現(xiàn)負(fù)反力。減隔震技術(shù)是簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)的工程抗震手段。減隔震體系通過(guò)增大結(jié)構(gòu)主要振型的周期，使其落在地震能量較少的范圍內(nèi)或增大結(jié)構(gòu)耗散能量的能力來(lái)達(dá)到減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的目的。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和場(chǎng)地地震波的頻率特性，通過(guò)選用合適的減隔震裝置、相應(yīng)參數(shù)以及設(shè)置方案，合理分配結(jié)構(gòu)的受力和變形。一方面，應(yīng)將重點(diǎn)放在提高吸收能量能力從而增大阻尼和分散地震力上，不必過(guò)分追求加長(zhǎng)周期。另一方面，應(yīng)選用結(jié)構(gòu)和作用原理簡(jiǎn)單的減隔震體系，適當(dāng)加以應(yīng)用。2.1.3 減隔震裝置的