桥梁隔震减震与结构控制初步设计

隔震减震与结构控制初步

第六章桥梁减隔震设计

第六章桥梁减隔震设计

6.1结构抗震设计思想的演化与发展6.2隔震的原理与方法6.3减震的原理与方法6.4结构主动控制初步

6.1结构抗震设计思想的演化与发展

产生传递引起震源

地震波建筑物所在场地结构的地震反应

6.1结构抗震设计思想的演化与发展

地震位移反应地震剪力小大小大地震内力

6.1结构抗震设计思想的演化与发展

地震动作用下结构位移过大,实践上的困难延性结构体系刚性结构体系反应接近地面地震运动一般不发生结构强度破坏导致材料的浪费柔性结构体系减少结构物的刚性避免结构与地面运动发生类共振减轻地震力

6.1结构抗震设计思想的演化与发展

“延性结构体系”基本要求实现延性结构体系设计是工程师所追求的抗震基本目标适当控制结构物的刚度与强度结构构件进入非弹性状态后仍具有较大的延性通过塑性变形消耗地震能量“坏而不倒”

6.1结构抗震设计思想的演化与发展

当地基本烈度地震建筑物可能进入非弹性破坏状态装修与内部设备破坏延性结构体系的结构被动抵御地震作用作用导致巨大经济损失某些生命线工程损失更是难以估量延性结构体系的应用也有一定的局限性隔震、减震、制振技术

6.1结构抗震设计思想的演化与发展

隔震：地震动结构隔离装置隔开减小结构振动主要方法基底隔震悬挂隔震

6.1结构抗震设计思想的演化与发展

香港汇丰银行（悬挂隔震）南加州大学医院（隔震结构）

6.1结构抗震设计思想的演化与发展

减震：地震结构减轻结构振动耗能装置或附加子结构(如调频质量TMD）耗能主要方法耗能减震冲击减震吸振减震

6.1结构抗震设计思想的演化与发展

主动控制（狭义的制震技术）自动控制系统施加控制力地震结构减小结构振动

6.1结构抗震设计思想的演化与发展

研究、探索并部分应用于工程实践的时期。隔震技术实用阶段减震制振技术10桥梁减隔震设计10.1一般规定10.1.1本章给出的是桥梁减隔震设计的原则。10.1.2满足下列条件之一的桥梁，可采用减隔震设计：（1）桥墩为刚性墩，桥梁的基本振动周期比较短；（2）桥墩高度相差较大时；（3）桥址区的预期地面运动特性比较明确，主要能量集中在高频段时。

6.1结构抗震设计思想的演化与发展

10.1.3存在以下情况之一时，不宜采用减隔震设计。（1）地震作用下，场地可能失效；（2）下部结构刚度小，桥梁的基本周期比较长；（3）位于软弱场地，延长周期可能引起地基和桥梁共振；（4）支座中可能出现负反力。

6.1结构抗震设计思想的演化与发展

6.2隔震原理与方法

6.2.1隔震原理隔震基底隔震悬挂隔震结构物地面以上部分隔震层隔开限制地震动向结构物的传递固结于地基中的基础

6.2隔震原理与方法

6.2.1隔震原理图6.1隔震原理

6.2隔震原理与方法

基底隔震结构设计应注意:(1).在满足必要的竖向承载力的前提下，隔震装置的水平刚度应尽可

能小，以使结构周期尽可能远离地震动的卓越周期范围(2).保证隔震结构在强风作用下不致有太大的位移。通常要求在隔震结构系统底部安装风稳定装置或用阻尼器与隔震装置联合构成基底隔震系统。6.2.1隔震原理

6.2隔震原理与方法

6.2.2隔震分析模型隔震建筑系统动力分析模型单质点模型多质点模型空间分析模型

6.2隔震原理与方法

6.2.2隔震分析模型--单质点模型动力平衡方程:—结构的总质量；

—隔震层的阻尼系数和水平刚度；—上部简化刚体相对于地面的加速度、速度与位移；—地面加速度过程。上部结构侧移刚度远大于隔震层的水平刚度上部结构近似为一个刚体单质点模型

6.2隔震原理与方法

6.2.2隔震分析模型—多质点模型隔震层简化等效粘滞阻尼比计算式为：

水平刚度为k阻尼系数为c结构层隔震支座数量第i个隔震支座的水平动刚度第i个隔震支座的等效粘滞阻尼比。水平动刚度计算式为:图6.26.2隔震赚原理断与方晓法6.2夜.2隔震践分析般模型隔震装蚊置隔震译层以招上结欧构的坟水平砌地震督作用有效降邪级采用水董平向减傲震系数袖的概念为反映这屈一特点层间剪力最大比值0.530.350.260.18水平向减震系数0.750.500.380.25层间剪奖力最大织比值与乐水平向注减震系善数的对毯应关系水平向能减震系脸数不宜料低于0.淹25，且贡隔震身结构趣的总路水平乌地震洁作用围不得要低于绣非隔危震结此构在6度设洞防时辅的总蛮水平般地震载作用10.救2减隔震广装置10.设2.1常用的透减隔震楚装置分生为整体窗型和分薄离型两旬类。10.跳2.2目前猎常用稿的整适体型粱减隔伪震装窄置有筝：（1）铅芯史橡胶支什座（2）高何阻尼展橡胶超支座（3）摩祥擦摆日式减粒隔震盆支座额；10配.2掉.3目前峡常用览的分来离型皆减隔彼震装沸置有舅：（1）橡胶鞭支座+金属阻厚尼器（2）橡叛胶支容座+摩擦判阻尼张器（3）橡胶粮支座+粘性材慎料阻尼壶器6.预2隔震原惊理与方不法6.负2隔震原柿理与方注法6.2宽.3常用隔睁震装置—橡胶抽支座央隔震6.2隔震原偏理与方蕉法1.橡胶片支座休隔震—实例南加呆州大冲学医罩院（栋隔震虫结构缴）橄榄景伟医院（旦抗震结芦构）19捡94年1月17日，欢美国续圣菲章尔南项多发磨生洛惑杉矶聪地震禽，震笛级M=6节.7，直下困型地震基础刊加速若度0.返49神g顶层加载速度0.示21录g加速度跑折减系歇数为1.8底层礼加速保度0.辟82层g，顶层加竭速度2.3爽1g,加速毕度放姿大系板数为2.8橡胶支狗座隔震止系统的辟更优越6.2隔震原巷理与方退法橡胶支框座隔震—实例6.2隔震原壶理与方宝法橡胶支行座隔震橡胶支疤座钢板叠胳层橡胶飞支座铝芯橡溉胶支座石墨脱橡胶舱支座在天蕉然橡显胶中竹加入卧石墨也大幅宴度提阀高橡图胶支缎座的赵阻尼实际洗中应胳用还宋不多6.胸2隔震原磨理与方缝法橡胶支勾座隔震钢板：限制橡罢胶片的伪横向变幕形使座罢竖向刚上度较纯嘱橡胶支炮座大大漆增加橡胶母片：总厚度斜越小所作能承受疯的竖向药荷载越丽大分层橡喝胶支座支座诞内阻旷尼较宝小，起常需零配合除阻尼研器一税起使普用6.控2隔震原害理与方叔法橡胶支朝座隔震叠层取橡胶呢支座虎中间钻案孔灌赤入铝艇芯提高支勇座大变批形时的吸斜能能力集隔震多器与阻惭尼器于翁一身，强因而可宋以独立悠使用6.2隔震盖原理姑与方归法橡胶支蛋座隔震燥：水平刚鞋度是竖康向刚度讯的1%左右具有显朋著的非昂线性变仗形特征小变形格，刚度冶大，抗风风有利大变形斤，橡胶歼剪切刚健度下降暖，结构腹频率降份低，结搬构反应柏减少橡胶剪樱应变超话过50%以后惠，刚裙度又耻逐渐嫁有所摄回升黑，起锄到安哲全阀臣的作某用，萍有利务于防裳止建易筑的记过量摆位移6.2隔震原捡理与方纽奉法橡胶考支座款隔震：设计的迎关键--合理徐确定灭隔震衡支座醒承受况的应掘力我国归建筑穴抗震用设计抹规范猛规定：隔震层虏各橡胶托隔震支触座，考社虑永久旦荷载和荒可变荷在载组合屡的竖向梨平均压抛应力设旨计值不蜜应超下厌表的规但定。建筑类别甲类建筑乙类建筑丙类建筑平均压应力（Mpa）101215橡胶隔做震支座摊平均压取应力限仆值注：1.对需验鸦算倾覆袭的结构膝，平均专压应力宁设计值砌应包括羊水平地偷震作用胶效应；2.对需貌进行歪竖向烟地震覆作用冤计算编的结稍构，林平均袖压应肌力设只计值而应包塌括竖倚向地震作请用效应舱；在罕棋遇地就震作章用下径，不止宜出吃现拉留应力6.2隔震四原理构与方粱法橡胶支叼座隔震形：隔震支文座对应白于罕遇旋地震水戏平剪力艰的水平狠位移，复应符合圾下列要禽求：罕遇地饮震作用蒜下，第i个隔震伏支座考役虑扭转粱的水平舒位移第i个隔鸟震支祸座的掠水平蝴位移越限值沿；对橡胶煮隔震支喊座，不吐应超过目该支座远有效直今径的0.惧55倍和盛支座宁各橡衔胶层耽总厚祝度3.寄0倍二搞者的练较小板值罕遇名地震姥下隔姐震层造质心志处或悠不考库虑扭负转的锡水平蔑位移第i个隔割震支降座的赚扭转材影响碰系数挠，应弓取考隆虑扭付转和私不考匀虑扭雨转时雪支谅座计装算位待移的曾比值肆；当弹隔震植层以袋上结简构的限质心宗与隔冬震层阴刚度库中心凶在两济个主湖轴方醋向均偶无偏逮心时凶，边腐支座露的扭与转影习响系歌数不粘应小钩于1.携1510鹿.4既.2减隔震源装置应省进行如牌下验算秀：（1）对怎于橡睛胶型扎减隔榆震装画置，饱在E1地震作定用下产惨生的剪软切应变皆应小于100新%，在E2地震作诞用下产序生的剪擦切应变祥应小于25膏0%，并闲验算遣其稳苗定性隶；（2）非橡吗胶型减壮隔震装快置，应栏根据具蔑体的产丸品指标益进行验泪算；（3）应盼对减选隔震厌装置押在正辆常使狼用条税件下候的性疯能进啊行验炭算。10概.4冤.3减隔震句装置的鱼变形、刘阻尼等惠力学参极数应进著行试验虹测试。督试验得本到的力甘学参数携值应在业设计值送的±10附%以内撒。6.2隔震愚原理璃与方盐法橡胶支软座隔震：6.2隔震朝原理析与方伯法2.常用隔续震装置--其它状隔震午装置：滚珠隔减震装置已用产于墨缠西哥幻玉城内北一座源五层凳钢筋裁混凝禾土框监架结解构的笔学校都建筑窄中，切安放碰在房钱屋底姑层柱侨脚和肤地下拢室柱互顶之总间。甩为保猛证不糖在风塘载下渗产生赛过大珠的水喇平位纵移，患在地晃下室扰采用众了交愚叉钢翼拉杆蓄风稳朗定装尖置6.土2隔震原罢理与方谨法其它络隔震肠装置适：摇芒摆式顾隔震练支座是一汗种摇滩摆隔届震支咬座。立在杯谱形基鸟础内居设一废个上种下两慢端有倚竖孔垃的双进圆筒治摇摆雄体。壮竖孔显内穿猜预应踢力钢绩丝束睛并锚矿固在薄基础驱和上残部盖武板上权，起皱到压班紧摇借摆体楚和提小供复可位力爆的作浩用。脆在摇寺摆体阁和基奏础壁处之间轿填以锐沥青债或散展粒物把，可阳为振忙动时知提供奏阻尼抵。经绘试验探证实滋：当踏地面楚加速码度幅廊值达330夕cm/辽s2时，秩被隔保震房富屋的楚加速货度反刮应被特降低突到无犹隔震点反应忌的1/3左右释。我饭国山若西省每的悬屈空寺辆，历洪史上蚂经历献多次速大地泻震而刑仍完揉整无播损。银分析表认为食是其想特有右的支窃撑木残柱起素到了摧摇摆室支座瞒隔震货的作词用山西悬伯空寺6.乓2隔震原哀理与方霜法其它隔物震装置饰：不倒亏翁式隔疗震伊朗人友设计的阁不倒翁凤式隔震桥房屋。咸该房屋昆顶面半哄径显著陵大于底船面半径娇，能起喝提供复钞位力的邀作用。6.饺3减震原锡理与方汤法6.3摄.1耗能减洲震原理地震结构减轻分结构剥振动耗能构荣件耗能地震时蜓，结构娃在任意暮时刻的凤能量方繁程为：地震坑过程私中输裁入给隔结构挥的能端量附加耗凉能构件涛的耗能结构匹主体书自身季的耗考能能量龄观点兼：正一定结构丹地震许反应高的降之低动力学萍观点：医耗能装影置的作破用，相当诞于结辨构的劝阻尼淡，必使慎结构惊地震哑反应6.3减震原杯理与方立法6.丙3.绒1耗能照减震珍原理小震耗能装父置较大颠的刚楼度结构减轻结套构振动耗能应具有结构愚的使要用性低能保证强烈办地震擦作用耗能装鱼置结构减轻结唤构振动耗能非弹甜性状驳态应率息先进入大量消榨耗地震州能量有试冰验表毅明，租耗能早装置春可做恒到消卖耗地妙震总胜输入悠能量葡的90抗%以上梯。6.3减震原画理与方固法6.3好.1耗能减编震原理册：耗能炕元件蒸附加貌给结胳构的近有效叠阻尼瓜比可谊按下拉式估秘算：耗能怪减震妇结构棒的地括震反沙应分斜析非线性曲时程反耽应分析飘方法可以利限用通常议需要碗耗能刘元件厕的试趟验数笑据，有以确陆立结桂构动暖力方晋程中跃的阻白尼矩卖阵耗能蹦减震漂结构寒的附升加有辽效阻踏尼比所有耗谁能部件阶在结构福预期位合移下往纲复一周摘所消耗预的能量设置耗追能部件苗的结构裁在预期趋位移下怎的总应难变能6.3减震原葬理与方牌法6.垫3.惹2耗能趴减震绑装置阻尼梅器耗能浸交叉迷支撑耗能位墙6.是3减震态原理猪与方包法阻尼健器与速度种相关的拍粘弹型喊阻尼器以摩匙擦或火金属什屈服愁为特杏征的伯位移宏相关勒型阻走尼器阻尼劲器支撑处框架与胜剪力墙寻的连接揭处梁柱君连接邪处上部钩结构糊与基店础连劈燕接处有相检对变钉形或壁相对位移腾的地直方安装妙于6.3同.2耗能减租震装置--阻尼器6.艺3减震原袖理与方厚法粘弹型泳阻尼器最大长烛度915抓mm，最小台长度595蛙mm，冲构程32甜0m颤m6.3虎.2耗能挎减震忠装置6.晕3减震原抚理与方越法摩擦谷阻尼阁器33012命.52512.埋51006.秤3.读2耗能减正震装置--阻尼填器6.3减震网原理闻与方之法各种贿形状夺的软贱钢阻午尼器烫（弹蹲塑性绣阻尼承器）6.3石.2耗能重减震刊装置--阻尼器6.禁3减震矮原理吼与方兴法6.汇3.亦2耗能减妖震装置--耗能支引撑耗能偷交叉权支撑摩擦耗做能支撑耗能只偏心询支撑耗能耦氧撑屈服约劝束支撑6.满3减震原欧理与方事法塑性齐耗能碗支撑耗能蹄交叉里支撑支撑交悬叉处通过失钢框荣或钢久环的歼塑性余变形沙消耗当地震皂能量6.3减震无原理活与方啄法摩擦玩耗能妹支撑在支撑屿杆或节塞点板上决开长圆点孔6.3减震馆原理英与方系法耗能皮偏心胜支撑偏心庭支撑闹框架6.每3减震雄原理孕与方仆法耗能隅掘撑耦撑框屠架6.我3减震彩原理岔与方姓法屈曲约现束支撑屈曲约扮束支撑兔的基本轮部件屈曲龄约束在支撑的轴常力－仪位移营关系6.牵3减震贡原理述与方伶法屈曲皆约束撞支撑屈曲浊约束坡支撑仆的一参些典躲型截个面形墙状6.刷3减震闪原理底与方筛法周边耗葱能墙摩擦偶耗能役墙6.愿3.生2耗能棒减震栗装置--耗能墙6.3减震箱原理迈与方牵法6.傲3.井3吸振榴减震绿原理地震结构减轻淹结构兼振动附加子膜结构能量转江移6.3减震原唉理与方避法运动平望衡方程忧：--刚度--阻尼系虏数--主体结士构质量--附加订子结殃构质槽量、阻尼系蒙数、刚料度6.3煌.3吸振减币震原理湿：6.静3减震狸原理阔与方涛法考虑占简谐与地面已运动菠输入考虑无趁阻尼体浇系的反歼应特征主结构测振幅为米零系统振踏动能量竿集中于削子结构箱而主体横结构得趋到了保刻护数学固推导地震轨动含司有多膛种频惹率分同量结构系丛统也必失然是有箱阻尼系凝统子结构梁的频率游等于地素面运动下输入频士率实际么情况子结构袍频率接广近或等批于主结膀构频率裂时主结盈构的取地震里反应群总是可以静得到查一定县程度魄的降墓低6.3语.3吸振减贤震原理6.忧3减震唯原理塘与方婶法按照巨随机遮振动茫原理印的分溜析结卵果R是主结园构的振匀动控制赶频率参抱数当R<1时，钻表示抹具有词减震缘瑞效果大量理注论分析新结果表瓶明：主结构聋的阻尼岂比越小绘，吸振装管置的减蚊震作用祥越大质量比罚增加，杠减震作矿用增大6.3塞.3吸振减贪震原理痛：6.昌3减震殿原理暴与方粮法6.烘3.清4吸减震满装置调频质轻量阻尼词器（TM形D）通过吃弹簧涌连接婚于主罪体结享构，替可安律装在鼻高耸多结构期或高锦层建连筑的位顶部调频尘质量昆阻尼匀器是昼包括梯质量气系和耳弹簧铃、阻准尼系蹦的小蚊型振遥动系阵统6.航3减震渐原理隔与方吹法调谐材液体响阻尼侧器（TL孝D）将装梦水的