橋梁工程抗震設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和方法

1、橋梁工程抗震設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和方法通過(guò)本學(xué)期所學(xué)的土木工程地質(zhì)，我們初步了解到了橋梁工程。橋梁 是 交通生命線工程中的重要組成部分，震區(qū)橋梁的破壞不僅直接阻礙了及時(shí) 救 災(zāi)行 動(dòng)，使得次生災(zāi)害加重，導(dǎo)致生命財(cái)產(chǎn)以及間接經(jīng)濟(jì)損失巨大，而且給 災(zāi) 后的恢 復(fù)與重建帶來(lái)困難。在近 30 年的國(guó)內(nèi)外大地震中，橋梁破壞均十分嚴(yán)重， 橋梁 震害及其帶來(lái)的次生災(zāi)害均給橋梁抗震設(shè)計(jì)以深刻的啟示。在以往地震 中 城市高 架橋或公路上梁橋的墩柱的屈曲、開(kāi)裂、混凝土剝落、壓潰、剪斷、 鋼 筋裸露斷 裂等震害，橋梁防震越來(lái)越受到各國(guó)工程師的重視。所以結(jié)合所學(xué) 現(xiàn) 代剛橋等知 識(shí)及搜集的資料，本文將大致講述橋梁工程抗震設(shè)

2、計(jì)的主要內(nèi)容 和 方法。首先我們了解下地震帶給橋梁的具體破壞影響，這樣才可以采取相應(yīng)措施 來(lái)防止。橋梁上部結(jié)構(gòu)由于受到墩臺(tái)、支座等的隔離作用，在地震中直接受 慣 性力作用而破壞的實(shí)例較少，由于下部結(jié)構(gòu)破壞而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)破壞則是橋 梁 結(jié)構(gòu)破壞的主要形式，下部結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的破壞形式有以下幾種：1） 支承連接部件失敗： 固定支座強(qiáng)度不足、 活動(dòng)支座位移量不夠、 橡膠支座與梁支底座 底發(fā)生滑動(dòng)，在地震力作用下支座破壞，致使梁體發(fā)生位移導(dǎo)致落梁。1）墩臺(tái)支承寬度不滿足防震要求，防落梁措施設(shè)計(jì)不合理，在地震力作用下， 梁、墩臺(tái)間出現(xiàn)較大相對(duì)位移，導(dǎo)致落梁現(xiàn)象的發(fā)生。2）伸縮縫、擋塊強(qiáng)度不足，在地震力作用下伸

3、縮縫碰撞破壞擠壓破壞、擋塊剪壞切破，都起不到應(yīng)有作用，導(dǎo)致落梁。接下來(lái)將從兩個(gè)方面講述抗震設(shè)計(jì)。抗震 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容目前橋梁工程的設(shè)計(jì)主要配合靜力設(shè)計(jì)進(jìn)行，但貫穿整個(gè)橋梁設(shè)計(jì)的全過(guò)程。與靜力設(shè)計(jì)一樣，橋梁工程的抗震設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)綜合性的工作。橋梁抗 震 設(shè)計(jì)的任務(wù)，是選擇合理的結(jié)構(gòu)方式，并為結(jié)構(gòu)提供較強(qiáng)的抗震能力。具體 來(lái) 說(shuō)，有以下三個(gè)部分：1 正確選擇能夠有效抵抗地震作用的結(jié)構(gòu)形式；2 合理的分配結(jié)構(gòu)的剛度，質(zhì)量和阻尼等動(dòng)力參數(shù)，以便最大限度的利用構(gòu)件 和材料的承載和變形能力；3 正確估計(jì)地震可能對(duì)結(jié)構(gòu)造成的破壞，以便通過(guò)結(jié)構(gòu)丶構(gòu)造和其他抗震措施 ， 使損失控制在限定的范圍內(nèi)。一丶抗震設(shè)計(jì)流

4、程橋梁工程的設(shè)計(jì)一般都要包括五個(gè)部分，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)選定，抗震概念設(shè) 計(jì)，地震反應(yīng)分析，抗震性能驗(yàn)算和抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)。其中地震反應(yīng)分析和抗震性能驗(yàn)算工作量最多，且最為復(fù)雜。如果采用三 級(jí)設(shè)防的抗震設(shè)計(jì)思想，上面的兩個(gè)部分就要做三個(gè)循環(huán)，即對(duì)于每一個(gè)設(shè) 防 標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行一次地震反應(yīng)分析，并進(jìn)行相應(yīng)的抗震性能驗(yàn)算，直到結(jié)構(gòu)的抗 震 性能滿足要求。二丶抗震概念設(shè)計(jì)抗震概念設(shè)計(jì)是從概念上，特別是從結(jié)構(gòu)總體上考慮抗震的工程決策；概 念設(shè)計(jì)是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等獲得的基本設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)思想，正確地 解 決結(jié)構(gòu)總體方案丶材料使用和細(xì)部構(gòu)造，以達(dá)到合理抗震設(shè)計(jì)的目的。合理的抗震概念設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)出來(lái)的結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)度

5、丶剛度和延性等指標(biāo) 上有最佳的組合，使結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防的目標(biāo)。該階段的主要任 務(wù) 使選擇良好的抗震結(jié)構(gòu)體系，主要橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一般要求進(jìn)行。對(duì)于 采 用延性概念設(shè)計(jì)的橋梁，還包括延性類型選擇和塑性耗能機(jī)制選擇。從抗震的角度來(lái)看，理想的橋梁結(jié)構(gòu)體系布置應(yīng)該是：1）從幾何線性看：是直橋，而且各橋墩高度相差不大。2）從結(jié)構(gòu)布局上看：上部結(jié)構(gòu)是連續(xù)的，伸縮縫應(yīng)該盡可能少；橋梁保持小跨 徑；在多個(gè) 橋墩布置彈性支座；各個(gè)橋墩的強(qiáng)度剛度在各個(gè)方向都相同；基 礎(chǔ)是建造在堅(jiān)硬的場(chǎng)地上。實(shí)際工程中，由于各種限制條件，可能不能全部滿足但也應(yīng)該盡量滿足以上 原 則。三丶地震反應(yīng)分析進(jìn)行地震反應(yīng)分析，正

6、確預(yù)測(cè)地震對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響是進(jìn)行橋梁抗震設(shè)計(jì) 的基礎(chǔ)。地震反應(yīng)分析要解決三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：1）確定合適的地震輸入2）建立結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及振動(dòng)方程：一般采用有限元方法將結(jié)構(gòu)離散化， 建立橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，然后確定各離散單元的力學(xué)特性，最終建立相應(yīng)的 地 震振動(dòng)方程。3）選擇合適的方法求解地震振動(dòng)方程得到地震反應(yīng)。下面將詳細(xì)解決這三個(gè)問(wèn)題1 地震輸入的確定在確定性地震反應(yīng)分析中，一般采用兩種地震動(dòng)輸入，即地震加速度反應(yīng) 譜和地震動(dòng)加速度時(shí)程。采用反應(yīng)譜法進(jìn)行地震反應(yīng)分析時(shí)，一般采用地震加速度反應(yīng)譜作為地震 輸入。反應(yīng)譜的選取比較簡(jiǎn)單，一般根據(jù)場(chǎng)地條件和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)規(guī)范選 取。 如果做過(guò)場(chǎng)地地震安

7、全性評(píng)價(jià)，則可以選取場(chǎng)地的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜作為輸入。采用動(dòng)態(tài)時(shí)程法進(jìn)行地震反應(yīng)分析時(shí)，一般采用地震動(dòng)加速度時(shí)程作為地 震輸入。地震動(dòng)加速度時(shí)程的選擇主要有三個(gè)方法，即直接利用地震記錄丶 采 用人工地震加速度時(shí)程和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化地震加速度時(shí)程。選擇加速度時(shí)程時(shí)， 必 須把握住三個(gè)特征，即加速度峰值的大小，波形和強(qiáng)震持續(xù)時(shí)間。在選擇強(qiáng) 震 記錄時(shí)，除了最大峰值加速度應(yīng)符合橋梁所在地區(qū)的設(shè)防要求外，場(chǎng)地條件 也 應(yīng)該盡量接近，也就是該地震波的主要周期應(yīng)盡量接近于橋址場(chǎng)地附近同類 地 質(zhì)條件下的強(qiáng)震記錄，則是最佳選擇，應(yīng)優(yōu)先采用。在地震反應(yīng)分析中，地震反應(yīng)一般分別沿兩個(gè)最不利方向，縱橋向和橫橋 向輸入。而且縱橋

8、向或橫橋向地震驗(yàn)算是分別進(jìn)行的，不考慮正交地震力的 合 成。關(guān)于豎向地震輸入，我國(guó)鐵路工程和公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范都規(guī)定，只 有 位于烈度為 9 度區(qū)的懸臂結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮豎向地震力作用，其地震力系數(shù)為水平向的 0.5 倍。但需要指出來(lái)的是，拱橋?qū)τ谪Q向地震非常敏感，一般都應(yīng)考慮 。地震動(dòng)的輸入方式又可分為同步，不同步多點(diǎn)輸入。對(duì)于小中橋梁，進(jìn)行 同步輸入。對(duì)于橋梁長(zhǎng)度很大的橋梁，各支撐點(diǎn)可能位于顯著不同的場(chǎng)地土 上， 由此導(dǎo)致各支撐處輸入地震動(dòng)的不同，在地震反應(yīng)分析中就要考慮多支撐不 同 激勵(lì)簡(jiǎn)稱多點(diǎn)激振。即使場(chǎng)地土情況變化不大，也可能因地震動(dòng)沿橋縱軸向 先 后到達(dá)的時(shí)間差，引起各支承處輸入地震時(shí)程

9、的相位差，簡(jiǎn)稱行波效應(yīng)。2 地震振動(dòng)方程及結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的建立有總剛度矩陣，總質(zhì)量矩陣，總阻尼矩陣等方程。此處主要講結(jié)構(gòu)力學(xué)模型 的建立。1）動(dòng)力計(jì)算模型的建立采用有限元模型描述橋梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征時(shí)，必須將結(jié)構(gòu)離散化，這包括 結(jié)構(gòu)本身的單元?jiǎng)澐郑С羞B接部分的特殊處理，墩臺(tái)基地支承的邊界處理 等。為了真實(shí)的模擬結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征，所建立的計(jì)算模型必須如實(shí)的反映結(jié)構(gòu)構(gòu) 件 的幾何，材料特性，以及各構(gòu)件的邊界連接條件。2）上部結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型一般來(lái)說(shuō)，橋梁上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要由運(yùn)營(yíng)荷載控制。震害資料也表明， 上部結(jié)構(gòu)自身的震害非常少見(jiàn)。采用能反映上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布和剛度特征的 簡(jiǎn) 化的脊梁模型來(lái)模擬上部結(jié)構(gòu)的

10、工作特性。橋梁結(jié)構(gòu)的抗震慣性力主要集中 在 上部結(jié)構(gòu) ，控制下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要是上部結(jié)構(gòu)通過(guò)支座傳遞下來(lái)的水平慣 性力，而這一慣性力，主要取決于上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量丶下部結(jié)構(gòu)的剛度丶以及 支 座連接條件。因此，在橋梁抗震設(shè)計(jì)中，橋梁上部結(jié)構(gòu)的剛度模擬不必太精 細(xì)， 在許多情況下甚至可以假設(shè)為剛體，但上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量必須盡可能正確模擬 。3）墩柱的計(jì)算模型在地震反應(yīng)分析中，墩柱是關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。上部結(jié)構(gòu)的重力和地震慣性 力通過(guò)墩柱傳遞給基礎(chǔ)，而地震動(dòng)輸入又通過(guò)墩柱傳遞給上部結(jié)構(gòu)。另一方 面， 目前普遍接受的抗震設(shè)計(jì)思想一般要求墩柱具備一定的非彈性變形及耗能能 力。 因此，正確建立墩柱的計(jì)算模型，即正常模

11、擬墩柱的剛度和質(zhì)量分布非常重 要。橋梁墩柱一般采用單元模擬，但單元的劃分要恰當(dāng)。因?yàn)閱卧膭澐譀Q定 了堆聚質(zhì)量的分布，從而決定了振型的形狀和地震慣性力的分布。對(duì)于一般 的 混凝土橋梁，上部結(jié)構(gòu)的慣性力貢獻(xiàn)對(duì)墩柱的地震反應(yīng)起控制作用，墩柱自 身 的貢獻(xiàn)很小。這時(shí)，墩柱的單元?jiǎng)澐挚梢赃m當(dāng)粗糙。反之，如果是重力式橋 墩， 或者高墩，橋墩的自身貢獻(xiàn)則比較大，此時(shí)，墩柱的單元?jiǎng)澐志筒荒芴植?。四丶抗震驗(yàn)算橋梁結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析的最終目的是正確地估計(jì)地震可能對(duì)結(jié)構(gòu)造成的破 壞，以便通過(guò)結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及其他抗震措施，使損失控制在限定的范圍內(nèi)。因 此， 恰當(dāng)而有效抗震能力驗(yàn)算是橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分。

12、橋梁工程的大部分質(zhì)量都集中在上部結(jié)構(gòu)，因而，地震慣性力也主要集中 在上部結(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)的地震慣性力一般通過(guò)支座傳遞給墩柱，再由墩柱傳 遞 給基礎(chǔ)，進(jìn)而傳遞給地基承受。一般來(lái)說(shuō)，上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要由恒載，活載，溫度荷載等控制。而墩柱 在地震作用下將會(huì)受到較大剪力和彎矩作用，一般由地震反應(yīng)控制設(shè)計(jì)。因 此， 墩柱，以及保持上丶下部連接可靠的支座等連接構(gòu)件，是橋梁抗震驗(yàn)算的主 要 部分。大量震害資料表明：橋梁震害主要產(chǎn)生在下部結(jié)構(gòu)，即使是上部結(jié)構(gòu)破壞 的境況，也往往是由于下部結(jié)構(gòu)的破壞或大變形造成的。橋梁結(jié)構(gòu)中普遍采用的鋼筋混凝土墩柱，其破壞形式主要有剪切破壞和彎 曲破壞。比較高柔的橋墩，多為彎曲型

13、破壞；而矮粗的橋墩多為剪切破壞； 介 于兩者之間的，為混合型；橋梁支座的震害也極為普遍，破壞形式主要是活動(dòng)支座脫落，以及支座本 身構(gòu)造上的破壞等。因此，在橋梁結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算中，不僅要驗(yàn)算墩柱的抗彎能力和抗剪能力， 還要驗(yàn)算支座等連接構(gòu)件能否有效工作。1 結(jié)構(gòu)破壞準(zhǔn)則迄今為止，前人已經(jīng)提出了許多結(jié)構(gòu)地震破壞準(zhǔn)則，主要有強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則， 變形破壞準(zhǔn)則，能量破壞準(zhǔn)則，變形和能量雙重破壞準(zhǔn)則，以及基于性能的 破 壞準(zhǔn)則。目前較為實(shí)用的是強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則和延性破壞準(zhǔn)則。2 鋼筋混凝土墩柱的抗彎能力驗(yàn)算鋼筋混凝土墩柱的抗彎能力驗(yàn)算包括抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算和延性能力驗(yàn)算。抗彎 強(qiáng)度驗(yàn)算采用強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則進(jìn)行，要求地震作用下

14、墩柱的最大彎矩小于墩柱 的 抗彎強(qiáng)度。我國(guó)現(xiàn)行的公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，強(qiáng)度驗(yàn)算按現(xiàn)行公 路 橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行。如果允許墩柱出現(xiàn)非彈性變形，則采用延性破壞準(zhǔn)則驗(yàn)算墩柱的延性能力。 根據(jù)延性破壞準(zhǔn)則，結(jié)構(gòu)是否被破壞取決于塑性變形的大小。鋼筋混凝土墩柱的抗剪強(qiáng)度采用強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則進(jìn)行驗(yàn)算，即要求地震引起 的墩柱最大剪力小于墩柱的抗剪強(qiáng)度。五丶抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)一般包括兩個(gè)方面，即墩與梁的連接構(gòu)造設(shè)計(jì)和 墩柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在歷次破壞性地震中，由于鏈接構(gòu)造的設(shè)計(jì)缺陷引起的落梁震害及其常見(jiàn)。 在實(shí)際抗震設(shè)計(jì)中，世界各國(guó)普遍采用構(gòu)造措施防止落梁震害，包括兩個(gè)方 面： 1 丶限制支承連接部位的

15、支承面最小寬度； 2 在相鄰梁之 間安裝縱向約束裝置。需要指出的是，斜梁與曲線梁橋的梁端較易發(fā)生落梁，需要特別重視在梁端至墩丶臺(tái)帽或蓋梁邊緣之間的距離設(shè)置。實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合具體情況設(shè)計(jì)接下來(lái)將講述橋梁工抗震設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的幾種方法。抗震 設(shè)計(jì)主要方 法1 反 應(yīng)譜法人類在與地震的斗爭(zhēng)中發(fā)展了各種抗震分析方法 , 分為確定性方法和概率性 方法兩大類。靜力法、反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法均屬于確定性方法 , 隨機(jī)振動(dòng)、 虛擬激勵(lì)法屬于概率性方法。通常所說(shuō)的結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析 , 就是建立結(jié)構(gòu)地震 振動(dòng)方程 , 然后通過(guò)求解振動(dòng)方程得到結(jié)構(gòu)地震反應(yīng) （ 位移、內(nèi)力等 ） 的過(guò)程。反應(yīng)譜的定義在結(jié)構(gòu)抗震理論發(fā)展中

16、, 靜力法、反應(yīng)譜法和動(dòng)力時(shí)程分析法三個(gè)階段的 形成和發(fā)展是人類對(duì)自然規(guī)律認(rèn)識(shí)的不斷深入與完善的過(guò)程。反應(yīng)譜理論考 慮 了結(jié)構(gòu)物的動(dòng)力特性 , 而且簡(jiǎn)單正確地反映了地震動(dòng)的特性 , 因此得到了廣泛 認(rèn)可和應(yīng)用。廣義線性單自由度體系一個(gè)場(chǎng)地記錄到的地震動(dòng)與多種因素有關(guān) , 比如場(chǎng) 地條件、震中距和震源深度、震級(jí)、震源機(jī)制和傳播路徑等等。由于諸多隨 機(jī) 因素的影響使得由不同記錄得到的加速度反應(yīng)譜具有很大的隨機(jī)性。各規(guī)范 反 應(yīng)譜之間存在一些差別 , 工程抗震設(shè)計(jì)中采用動(dòng)力放大系數(shù)作為地震荷載的描 述 , 其根據(jù)規(guī)定的反應(yīng)譜曲線及體系的自振周期確定。在橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中 還引入了綜合影響系數(shù)以考慮結(jié)

17、構(gòu)的延性耗能作用。對(duì)于多質(zhì)點(diǎn)體系可利用 振 型分解成一系列相互獨(dú)立的振動(dòng)從而可以利用單質(zhì)點(diǎn)體系的反應(yīng)譜理論來(lái)計(jì) 算 , 最后將各個(gè)振型的最大反應(yīng)按適當(dāng)?shù)姆椒ㄏ嘟M合 ( 如 SRSS、 CQC、IGQC 等) 即 得到多質(zhì)點(diǎn)體系的各項(xiàng)反應(yīng)值 12 。反應(yīng)譜方法的優(yōu)缺點(diǎn)反應(yīng)譜方法的優(yōu)點(diǎn)是概念簡(jiǎn)單、計(jì)算方便 , 可以用較少的計(jì)算量獲得結(jié)構(gòu) 的最大反應(yīng)值。反應(yīng)譜方法的缺點(diǎn)是 : ( 1) 地震響應(yīng)分 析時(shí)必須重視振型數(shù)的 取值。由于大跨度橋梁的自振頻率在一個(gè)相當(dāng)寬的頻帶內(nèi)密布 , 而地震波一般 都是寬帶激勵(lì) , 因此在用反應(yīng)譜方法做大跨度橋梁的分析時(shí) , 必須選取足夠數(shù) 量的振型。 ( 2) 原則上只

18、適用于線性結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu) 在強(qiáng)烈地震中一般都要 進(jìn)入非線性狀態(tài) , 彈性反應(yīng)譜法不能直接使用。 ( 3)地震反應(yīng)譜失掉相位信息。 經(jīng)疊加得到的結(jié)構(gòu)反應(yīng)最大值是一個(gè)近似值。2 延性抗震設(shè)計(jì)的基本概念延性的定義和指標(biāo)延性抗震設(shè)計(jì)主要是利用結(jié)構(gòu)、構(gòu)件自身的延性耗能能力 來(lái)抵抗地震作用，設(shè)計(jì)時(shí)是通過(guò)增加結(jié)構(gòu)、構(gòu)件延性來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)允許出現(xiàn)塑性鉸的部分進(jìn)行專門的延性設(shè)計(jì)。延性抗震設(shè)計(jì)的基本思想：結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以發(fā)生塑性變形，可以發(fā)生一定的損壞，但結(jié)構(gòu)不倒塌是必須能得到保證的，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，使結(jié)構(gòu)具有一定的滯回特性，這種特性足以抵抗大地震產(chǎn)生的彈塑性變形，設(shè)計(jì)預(yù)期的大地震發(fā)生時(shí)，滯回延性要低于地震激起的反復(fù)彈塑

19、性變形循環(huán)，免于倒塌破壞的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的最低目標(biāo)必須始終得到保證。在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，使結(jié)構(gòu)具有延性特征，首先要確定度量延性量化的設(shè)計(jì)指標(biāo)。通常用位移延性系數(shù)和曲率延性系數(shù)作為延性量化設(shè)計(jì)的指標(biāo)。位移延性系數(shù)定義為構(gòu)件屈服后的位移與屈服位移之比。曲率延性系數(shù)定義為截面屈服后的曲率與屈服曲率之比。靜力延性指標(biāo)與動(dòng)力延性指標(biāo)地震動(dòng)的隨機(jī)性使鋼筋混凝土的動(dòng)力延性指標(biāo) ， 在實(shí)際中無(wú)法準(zhǔn)確表示，結(jié)構(gòu)在遭遇設(shè)計(jì)預(yù)期的大地震時(shí)，地震動(dòng)作用使結(jié) 構(gòu) 經(jīng) 歷的反復(fù)變形循環(huán)情況無(wú)法事先預(yù)知，所以，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的動(dòng)力延性指標(biāo)在 地 震動(dòng)作用下也就無(wú)法確定。由于無(wú)法準(zhǔn)確確定大地震時(shí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力延性 指 標(biāo)，在設(shè)計(jì)時(shí)通常采用

20、靜力延性指標(biāo)來(lái)代替，也可以采用周期反復(fù)荷載試驗(yàn) 驗(yàn) 證靜力延性指標(biāo)。當(dāng)用靜力延性指標(biāo)代替動(dòng)力延性指標(biāo)時(shí)，在周期反復(fù)荷載 作 用下，由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在低周疲勞現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性在地震動(dòng)作用下往 往 會(huì)過(guò)高地估計(jì)。3 橋梁減 隔震技 術(shù)減隔震技術(shù)的概念和發(fā)展減震是人為在結(jié)構(gòu)的某些部位設(shè)置阻尼器或耗能構(gòu)件 , 改變結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能 ,耗 散結(jié)構(gòu)吸收的地震能量 ,從而降低結(jié)構(gòu) 的地震反應(yīng)。隔震則是指通過(guò)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的 自 振周期避開(kāi)地震卓越周期或減小地震能量輸入 , 以此降低結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。對(duì)橋 梁結(jié) 構(gòu)采用隔震技術(shù)的思想產(chǎn)生由來(lái)已久 ,減隔震技術(shù)自誕生以來(lái) ,受到了廣 泛 的重視 第一座采用減隔震技術(shù)的橋梁

21、是新西蘭的Motu 橋,建于 1973 年，上部 結(jié)構(gòu)采用滑動(dòng)支承隔震 , 阻尼由 U 形鋼彎曲梁提供。該橋建成后 , 減隔震技術(shù)在 橋梁抗震中得 到了迅速推廣。美國(guó)第一次將減隔震技術(shù)用于橋梁是在 1984 年, 用于對(duì) Sierra Point Bridge 進(jìn)行抗震加固。 1990 年, 美國(guó)新建了 第一座采用 減隔震技術(shù)的橋梁 Sexton 橋。在日本 ,第一座建成的減隔震 橋梁是靜崗縣橫跨 Keta 河的宮川大橋 , 完成于 1990 年, 是一座 3 跨連續(xù)鋼桁架梁橋 , 采用鉛芯橡 膠支座作為減震構(gòu)件。常用減隔震裝置1)分層橡膠支座。分層橡膠支座 , 國(guó)內(nèi)常 稱為板式橡膠支座。其基

22、本構(gòu)造 由薄橡膠片與薄鋼板相互交替結(jié)合而成 , 支座平面形狀多采用圓形或矩形。在抗 震設(shè)計(jì)中主要考慮分層橡膠支座的水平剛度和阻尼作用等因素。橡膠支座的水平剪切剛度 , 指上、下板面產(chǎn)生單位位 移時(shí)所需施加的水平剪力。橡膠支座通過(guò) 在變形過(guò)程中消耗能量提供阻尼 , 這種阻尼主要取決于橡膠層變形的速度。以天 然橡膠為主要材料制作的支座，典型的阻尼比為 5 % 10 %分層橡膠支座的力 位移滯回曲線呈狹長(zhǎng)形 , 所提供的阻 尼較小,因而在減隔震橋梁設(shè)計(jì)中 ,常與阻 尼器一起使用。2)鉛芯橡膠支座。鉛芯橡膠支座是在板式橡膠支座的基礎(chǔ)上 , 在支座的中 部或中心周圍部位豎直地壓入高純度鉛芯以改善支座阻尼

23、性能的一種減震支 座。 鉛芯具有良好的力學(xué)特性 ,具有較低的 屈服剪力(約 10 MPa) ,具有足夠高的初 始剪切剛度 (約 130MPa) ,具有理想彈塑性性能且對(duì)于塑性循環(huán)具有很好的耐 疲勞性能 ,能夠提供地震下的耗能能力 和靜力荷載下所必需的剛度。因此 , 由鉛 芯和分層橡膠支座結(jié)合的鉛芯橡膠支座能夠滿足一個(gè)良好減隔震裝置所應(yīng)具 備 的要求: 在較低水平力作用下 ,具有較高的初始剛度 , 變形很小 ; 在地震作用下 ,鉛 芯屈服,剛度降低 , 延長(zhǎng)了結(jié)構(gòu)周期 , 并消耗地震能量。3)滑動(dòng)摩擦型減隔震支座。滑動(dòng)摩擦型支座利用不銹鋼與聚四氟乙烯材料 之間相當(dāng)?shù)偷幕瑒?dòng)摩擦系數(shù)制成。也稱為聚四

24、氟乙烯滑板支座。這種支座具 有 摩擦系數(shù)小 , 水平伸縮位移大的優(yōu)點(diǎn) , 作為橋梁活動(dòng)支座十分適宜。在地震作 用 下 , 滑動(dòng)摩擦型支座允許上部結(jié)構(gòu)在摩 擦面上發(fā)生滑動(dòng) , 從而將上部結(jié)構(gòu)能夠傳 遞到下部結(jié)構(gòu)的最大地震力限制為支座的最大摩擦 , 同時(shí)通過(guò)摩擦消耗大量的地 震能量。這類支座的缺點(diǎn)是沒(méi)有自復(fù)位能力 ,用作隔震支座時(shí) , 支座響應(yīng)的可 預(yù) 測(cè)性和可靠性都不盡如人意 ,所以常與 阻尼器和橡膠支座等其他裝置一起使用4)鋼阻尼器。鋼阻尼器利用鋼材的塑性變形來(lái)耗能。典型的鋼阻尼器 :a. 有橫向加載臂的均勻彎矩彎曲梁阻尼器 , 加載臂有一傾斜角度 ;b. 錐形懸臂彎曲 梁阻尼器 ;c. 有橫

25、向加載臂的扭梁阻尼器。鋼阻尼器的優(yōu)點(diǎn)是制造不需要特殊 設(shè)備,費(fèi)用比較合適 ,堅(jiān)實(shí)耐用 ,又具有較大的耗能能力。試驗(yàn)研究表明 ,大多數(shù) 鋼阻尼器的滯回曲線可用雙線性來(lái)近似模擬。不同類型鋼阻尼器的選擇取決于阻尼器放置的位置、可利用的空間、連接的結(jié)構(gòu)以及力和位移的大小。鋼阻尼器通常和橡膠隔震支座一起使用 , 如聚四氟乙烯滑板支座與懸臂鋼阻尼器就是一 種合理組合。4. 3 減隔震裝置的選擇橋梁的減隔震系統(tǒng)應(yīng)滿足如下三個(gè)基本功能 :1) 具備一定的柔度 , 用來(lái)延長(zhǎng) 結(jié)構(gòu)周期,降低地震力 ;2) 通過(guò)阻尼、耗能裝置等對(duì)地震力進(jìn)行耗散 ,并將支承 面處的相對(duì)變形控制在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi) ;3) 具備一定的剛度和屈服力 , 在正常 使用荷載下結(jié)構(gòu)不發(fā)生屈服和有害振動(dòng)。進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì)時(shí) , 應(yīng)將重點(diǎn)放在提高 耗能能力和分散地震力上 , 不可過(guò)分追 求 加長(zhǎng)周期。而且應(yīng)選用作用機(jī)構(gòu)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)