浅谈减隔震技术在我国桥梁中的应用

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1、浅谈减隔震技术在我国桥梁中的应用陈源锋（广西桂通工程咨询有限公司广西）摘要：近年来，伴随着我国桥梁事业的飞速发展。能够提高和改善桥梁结构抗震性能的减隔震技术在我国也得到了快速应用。本文对近几年我国采用减隔震技术的桥梁进行了总结。主要对大跨度桥梁中所用粘滞阻尼器、梁桥中采用的钟摆式摩擦隔震支座、铅芯橡胶隔震支座的目的和这些减隔震装置的特性进行了分析比较。指出其中在应用方面存在的一些不足。并提出了相应的建议。关键词：桥梁抗震；粘滞阻尼器；铅芯橡胶隔震支座中图分类号：K928.78文献标识码：A文章编号：引言：近年来我国正处于基础设施的大发展中，大量桥梁结构在建设或规划中。在一些强震区修建桥梁结

2、构使工程人员直接面临结构抗震的挑战。这进一步促进我国科研人员、桥梁工程设计人员对新的抗震设计理论、新型抗震、减震技术的研究和应用。本文对国内近年来在一些实际桥梁结构中采用的减隔震技术(如粘滞阻尼器、铅芯橡胶支座、钟摆式滑动摩擦支座等)进行初步的汇总，阐述这些减隔震技术应用的特点，以及目前存在的不足，并提出一些改进的建议。1减隔震装置的类型传统桥梁结构抗震设计概念及机理主要是依靠桥梁结构、构件自身具有的强度、延性变形、耗能能力来抗震的。这通常允许很大的地震力和能量从地面传递给结构，而抗震设计主要考虑的问题是如何为结构提供抵抗这种地震力的能力。尽管通过适当选择容许出现延性损伤的位置和仔细设计关

3、键部位构件的细部构造可以确保结构的整体性，避免桥梁发生倒塌，但桥梁结构构件的损伤是不可避免的。近几十年来，为了提高结构的抗震性能，国内外大量研究人员提出了许多新的抗震技术，主要包括减隔震技术、被动控制技术、主动控制技术及混合控制技术等。减隔震技术是指通过采用减隔震装置来尽可能地将结构或部件与可能引起破坏的地震地面运动或支座运动分离开来，大大减少传递到上部结构的地震力和能量。在满足正常使用要求的情况下，这种分离或解耦是通过增加系统的柔性和提供适当的阻尼来实现的。从性质上说，减隔震方法也是结构控制方法中的一种，属于被动控制技术。通过这些新技术，尤其是减隔震技术在实际桥梁结构中的应用，一方面提高

4、了结构的抗震性能，另一方面，通常可以降低整个工程的造价。在一些特殊情况下，如跨越强震区域，采用这些新技术有时是解决实际桥梁结构抗震问题的唯一有效途径。从近几年国内采用减隔震技术的种类和目的来分，大致集中在以下几类：一类是利用耗能装置来消耗地震能量，达到改善桥梁结构局部关键部位的抗震性能，如粘滞阻尼器；另一类是利用延长结构周期，同时消耗地震能量的隔震装置来提高结构的抗震性能，如摆式滑动摩擦支座、铅芯橡胶隔震支座等。下面就这些技术在实际桥梁中的应用情况和特点进行简要的分析比较。1．1粘滞阻尼器的应用粘滞阻尼器的作用机理是利用活塞前后压力差强迫粘滞流体流过节流孔，从而产生阻尼力和耗能，粘滞阻尼器

5、的力学特性可由下式表述：最简单的形式是线性阻尼器，指数为1．0。粘滞阻尼器同其他减隔震装置相比，特点是：①弹塑性阻尼装置、摩擦阻尼装置的屈服力或摩擦力是常值，且在桥墩最大变形时，这些值往往也同时达到。而粘滞阻尼器装置当阻尼器参数时，因其反力与速度成比例，因此在桥墩达到最大变形时，粘滞阻尼器的阻尼力反而最小，接近于零；在桥墩变形速度最大时，粘滞阻尼器阻尼力达到最大，而此时桥墩变形最小，其内力也最小，因此，粘滞阻尼器并不显著增加桥墩的受力。②在温度产生的变形作用下，弹塑性阻尼装置、摩擦阻尼装置要求必须在克服弹塑性阻尼装置的屈服力或摩擦力后才允许自由变形；而粘滞阻尼器在蠕变变形下，产生抗力接近于

6、零，这使得该装置的引入不会影响到桥梁结构的正常使用功能。由于粘滞阻尼器产生的阻尼力是与速度和温度有关的，在应用这类阻尼器时应给予注意。此外，油压的调整、漏油、灰尘的侵入等也需采取相应的措施，并进行必要的维护。由于粘滞阻尼器具有方向性，其安装设置需进行考虑，而且要求制作加工精密，体积较大时制作较为困难。1．2摆式滑动摩擦支座的应用这类支座的减隔震原理主要是将滑动摩擦支座和钟摆的概念相结合构成一种新的隔震装置，其滑动面是曲面，通过在曲面上滑动摩擦来消耗地震能量，结构自重提供所需要的自复位能力，利用一个简单的钟摆机理延长结构的自振周期。这种支座的平面尺寸受到地震位移大小和球面曲率半径的控制，支座

7、的平面尺寸通常较大。目前这种产品已在苏通大桥引桥、上海长江大桥引桥上使用，根据隔震方向的不同又可分为球面、柱面两类，前者用于水平双向隔震，后者用于水平单向隔震。1．3铅芯橡胶支座的应用铅芯橡胶隔震支座的构造特点，就是在分层橡胶支座中插入一个或若干个铅芯，从而形成一个紧凑的隔震装置。由于铅芯具有良好的力学特性，能与分层橡胶支座较好地结合，所以成为一种比较合适的减隔震材料。此外，它的屈服剪应力较低，约为10MPa，初始剪切刚