桥梁减隔震技术及设计计算

2011年8月桥梁减隔震技术及设计计算中国南车株洲时代新材料科技股份有限公司内容提要减隔震技术的基本概念与机理典型减隔震装置减隔震技术的应用常用桥型的减隔震方案TMT现有工作基础1.减隔震技术的基本概念与机理基本概念

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，从而大大减小传递到上部结构的地震力和能量，确保结构本身及其附属物的安全。--有别于硬“抗”。减隔震装置不同抗震技术的基本机理比较基本原理传统结构抗震设计隔震结构抗震设计结构控制降低刚度，延长周期利用塑性铰来实现刚度的降低利用隔震装置来延长周期可控制刚度增加阻尼利用塑性铰的非弹性变形利用阻尼装置可控制的阻尼1.减隔震技术的基本概念与机理机理

延长周期--避开共振区，减小能量输入增加阻尼--耗散能量，减小相对变形

简单说来：以位移变形换取小的地震作用；以适当的阻尼限制过大的位移。

以往大量使用的板式支座、盆式支座等，起到传递上部结构的各种荷载，适应温度、收缩徐变等因素产生的位移，但是这些支座往往难以满足减隔震设计的要求。1.减隔震技术的基本概念与机理

隔震可以延长结构自振周期并增大结构阻尼，但是需要在增大位移响应和减小剪力响应之间找到最佳的平衡点。剪力（或加速度）和位移反应谱4、时程分析

1.减隔震技术的基本概念与机理

传统结构水平刚度大频率比ω/ωn=0.8～1.5

地震动放大系数Ra=2～3

隔震结构水平刚度小（柔性支座）频率比ω/ωn=3～8

地震动放大系数Ra=1/2～1/81.减隔震技术的基本概念与机理

隔震设计的基本规律：

隔震装置的水平刚度越小，则自振周期延长地越长，上部结构的加速度（或剪力）的减小效果越好；但会增加结构的位移响应；增加结构的阻尼，会减小上部结构的加速度（或剪力）响应，同时也会减小结构的位移增加趋势。在坚硬场地比在软弱场地上建造的结构的减震效果好；设计人员应在减小上部结构的加速度响应、增加位移之间找平衡。1.减隔震技术的基本概念与机理

对桥梁减隔震装置所提出的要求满足正常使用荷载下刚度需求健全的传力机能阻尼耗能稳定的静力和动力特性长期性能，如蠕变和耐久性等要求施工安装和更换容易1.减隔震技术的基本概念与机理

相关规范(国内)《公路桥梁抗震设计细则》2008《铁路工程抗震设计规范》2009《城市桥梁抗震设计规范》2009（征求意见稿）

《橡胶支座》2007(GB20688，共四部分)

《建筑抗震设计规范》2010《建筑工程抗震性态设计通则及条文说明》2004《建筑消能阻尼器》2007

欧美日等于上世纪90年代已编制相关标准相关国际标准如ISO22762《ElastomericSeismic-protectionisolators》20051.减隔震技术的基本概念与机理2.典型的减隔震装置（铅芯、高阻尼）橡胶支座2.典型的减隔震装置铅芯橡胶支座实验滞回曲线

铅芯橡胶支座2.典型的减隔震装置

高阻尼橡胶支座2.典型的减隔震装置高阻尼橡胶支座实验滞回曲线

高阻尼橡胶支座2.典型的减隔震装置

摩擦摆支座产品静态模型图产品动态模型图2.典型的减隔震装置

摩擦摆支座

球面：双向隔震；柱面：单向隔震2.典型的减隔震装置

摩擦摆支座4、时程分析

2.典型的减隔震装置

金属阻尼器/支座金属阻尼器实验滞回曲线2.典型的减隔震装置

金属阻尼器－可单独或与其他支座配合使用2.典型的减隔震装置

粘滞阻尼器－可单独或与其他支座配合使用粘滞流体阻尼器结构图2.典型问的减丝式隔震针装置粘滞震阻尼添器粘滞弃阻尼恼器阻燥尼力管曲线2.典型的修减隔震辩装置智能春阻尼待器磁流变茶阻尼器构造2.典型便的减妥隔震辣装置磁流变坐阻尼器磁流变虾阻尼器深阻尼力芽随电压甲变化曲暴线3.减隔侄震技半术在握桥梁部工程贩中的仰应用愁实例减隔震忠技术在悄中国的侵应用－铅芯屯橡胶支别座石家帖庄新葬津桥（19禽98）3.减隔震敌技术在挨桥梁工眨程中的俯应用实帅例减隔震蛛技术在畜中国的备应用－铅批芯橡诞胶支纹座新疆布虽谷孜大马桥(1镜99掏9)3.减隔震异技术在义桥梁工度程中的新应用实妻例减隔震凑技术在迹中国的曲应用－铅芯梯橡胶支某座澳门渗西湾环大桥解（200欣4）3.减隔众震技震术在慰桥梁茄工程文中的箩应用格实例减隔议震技否术在详中国炭的应邮用－铅陕芯橡惰胶支鬼座晋江谢大桥炼（200舅8）引桥车采用安铅芯察橡胶锣支座3.减隔单震技音术在瞎桥梁联工程爪中的破应用便实例减隔海震技军术在嚷中国榴的应赢用－铅芯赢橡胶支梨座晋江熟大桥愈引桥亩（200歌8）3.减隔震渐技术在行桥梁工御程中的洪应用实烧例减隔疫震技嘴术在运中国岗的应怖用－摩抵擦型很支座佛山滋平胜体大桥3.减隔畅震技孝术在黑桥梁碌工程位中的回应用热实例减隔写震技踪蝶术在柱中国召的应烈用－摩辅擦摆砌支座苏通大岁桥横桥向毫用柱面蝴，双向朽用球面3.减隔震懒技术在声桥梁工燃程中的惠应用实羊例减隔份震技却术在垒中国摇的应剑用－粘滞打阻尼器苏通大序桥（纵桥掉向限位麻阻尼器脏）3.减隔震绿技术在应桥梁工直程中的做应用实毒例减隔震足技术在犯中国的序应用－粘幕滞阻沫尼器阻尼光器安厅装示泊意图3.减隔股震技莫术在疏桥梁温工程林中的钓应用絮实例减隔形震技螺术在枣中国奏的应渐用－MR阻尼谱器岳阳洞炎庭湖大睡桥：MR阻尼紧器MR阻尼同器3.减隔震士技术在榜桥梁工群程中的茧应用实肯例减隔警震技万术在北国外服的应奴用截至止20烤00年(范立袜础)新西兰(1粱97堂3)有48座公路描桥梁和1座铁处路桥沾梁采版用减渴隔震搭技术环，其买中40座采用阴了铅芯域橡胶支么座LRB；意大潮利(1渗97孙4)有150多座捡桥梁耕采用狗减隔似振技益术；美国(19华79)有100多座船，其呜中90多座采团用LRB；日本(19煤90)有30多座筒，其鸡中一狱半采录用LR盼B除意大涛利外，析桥梁减词隔震设傲计最常热用的是祝橡胶支茅座通常沟安装在定桥梁上歼部结构电和桥墩园（桥台坊）之间呆；大部某分建宵成于澡高烈银度区I,寒II爽,I垫II类场地3.减隔震父技术在竭桥梁工起程中的腾应用实蓬例中、豆美、昌日隔却震房屋应用比非较中国：雁已建近600幢，最漆高19层日本：邀已建近42迫00幢，最泰高50层美国：廉已建近100幢，口最高29层中、日稿隔震桥梁应用循比较中国谅：已寄建近25座日本终：已砖建近18衰00座截至止200采9年我国杆属落递后我国泉属先蒙进3.减隔震截技术在逗桥梁工拢程中的耕应用实艇例减隔震也技术在贵地震中淘的表现新西乔兰TeT驶eko桥在19他87年的里坟氏6.3怕7级地俘震中病经受息住考广验（0.4坟g）；美国Eel原Ri破ver耐Br殊idg柏e在19吃92的加章利福小尼亚级地震向中（淘震中论峰值抱加速爹度>2g枪)表现按很好族，震序后完愉全复究位；地震六中所岸有采亏用减叼隔震窝技术疑的建昼筑表粮现良闹好（巩美国醋和日秤本，蜜衰减与系数2-缸3）采用减沈隔震技叉术可以薪增强结拐构的安楚全性3.减隔震详技术在另桥梁工球程中的桂应用实松例减隔衔震技瞒术在佳国外混的应柿用日本城僵市高速槽公路桥啄－橡胶避支座3.减隔娘震技趣术在霉桥梁抖工程提中的黑应用于实例减隔震洪技术在唐国外的火应用日本需城市探高速摇公路料桥－盐橡胶撕支座3.减隔担震技利术在蜜桥梁庆工程蜂中的稻应用恒实例减隔震门技术在阿国外的政应用日本多混多罗斜绘拉桥（199耻9）塔梁野之间朗设置慎大型肠橡胶般支座3.减隔牲震技子术在墙桥梁高工程次中的茎应用掩实例减隔尚震技近术在绪国外从的应辱用希腊延里翁-安蒂里镇翁大桥硬（20魂04）3.减隔栋震技纽奉术在煤桥梁孙工程态中的壳应用蓬实例减隔岭震技桂术在乎国外荣的应摄用希腊里伞翁-安蒂里况翁大桥全（20若04）主桥塔播梁之间喘设置粘撒滞阻尼座器3.减隔震脑技术在乱桥梁工赞程中的晶应用实玩例减隔蒙震技口术在拖国外脂的应指用希腊漏里翁-安蒂里母翁大桥羊（200树4）引桥该墩、贼梁用貌粘滞愈阻尼卵器Gol番den馒Ga骂te喂–U君.S.滤A.美国迷金门肥大桥3.减隔震糟技术在边桥梁工普程中的山应用实刮例韩国Su-用Jou焰ng亿3号桥24套速绕度锁虏定支仁座F=1膊200看kNs=±命75±100疗mmV=都25饼00权铁8蝴00趁0辣kN3.减隔震恐技术在尾桥梁工帜程中的司应用实逢例3.减隔球震技郊术在皇桥梁炒工程哄中的雹应用侄实例减隔锅震技勉术在姐国外购的应告用日本明寺石海峡捧大桥每座乌桥塔手安装TM青D抗风装置陆，经丢受19旷95神户地衫震需要思贪考的问搏题起控框制作浑用的淡荷载才和条爪件－痰温讲度？(竖向)地震？皂风？组缎合？－样场臂地条帝件：器软土千地基船？确定控是否群有必梢要采急用减封隔震唯技术所？分析市模型猎和分征析方睛法－全桶桥模型多？SS劲I效应获？－线舱性/非线修性时围程分晨析？资反应庸谱？－地伟震波的糊选用减隔震怒技术方伸案的对汪比和优答化－增提供塔经济浊、有猛效和雹合理物的解揭决方盗案4.常用桥众型的减僚隔震方壮案不同润方案锤的减宗隔震晕效果阔、费胆用及嫌可靠训性对创比(铅芯)橡胶隔勺震支座帮：好较低交很好高阻睁尼橡缩慧胶支琴座：好劝一般优很词好摩擦摆剂支座：好医一般跟好钢阻尼帜支座：好估较低锦好粘滞松阻尼弊器：非常好仆很衰高毙一融般减隔震照效果絮费用胡可靠陡性4.常用桥猜型的减衰隔震方睡案4.常用桥谎型的减工隔震方狮案常见养的桥呢梁减简隔震鉴建议阿方案梁桥(<3丑00m阳)梁体核和桥攀墩之宋间（旁设置懒减隔康震措织施）阻尼趋支座贿（或荒支座+阻尼器难）拱桥疏（<6案00即m,刚度大材，位移蛇小，传望统减隔瓶震法不随适合）TMD，TLD；相对职变形较剥大的位销置如：拉索、贸斜撑或踩桁架下乓弦杆设置耗能支栽撑。斜拉桥(20糟0—800流m)和悬顿索桥(>蜂80旨0m些)：主桥夹塔梁疫－章恰阴当的栏塔梁批约束耗方式竖向支盐撑+粘滞阻混尼器；梁体饲和桥晌墩之见间，饰在漂仆浮方顷向阻尼支铲座（或迷支座+阻尼器轿）针对风致振理动和风东雨激振的结什构优壮化、暑减振叫设计未来减重隔震技显术的发展方疤向1、休考虑酱突发层强震小、近酱场地致震作藏用下史的结马构安秆全；2、悲采用阳轻质泪高强突材料职（高蜻强混乞凝土凉、钢岔材）结构主自重傍及尺敌寸减圣小；3、结云构减震励（振）问控制：煌根据结有构性能粘和响应连智能调赏整控制合理，邻有效，法安全，抛经济4.常用桥浩型的减雪隔震方诱案工程结析构减震王控制的特点闲及优扛越性1、准安全牢可靠茂，有青限减态震减震妥控制渔结构坝的地估震反诊应与传统颗抗震劝结构的比值为：隔震姐结构8%——50%储(保持弹连性)耗能结抖构60晓%——80%TMD，TL钉D被动控菌制结构60%——80催%（半吩）主忍动控蜘制结枯构10%——50%2、弹节省唱工程左造价+5筝%——-2顺0%3、适至用范围疗广：新设忠计及堪已有划结构育加固哄改造桥梁、抗建筑结亚构、重提要工程跪结构；邀也可用激于重要处仪器、养设备、牺环境振堂动减震牲。4.常用配桥型像的减份隔震衫方案TM鸡T桥梁猾支座步产品兔已大港规模横应用龙于大驾型项狱目盆式橡吓胶支座、球型竹钢支伐座、医速度右锁定退支座灰、弹晕塑性伸钢阻幅尼减脂震支熊座、喘滑板酿橡胶坚支座期、（斜铅芯术）橡挠胶支蚁座、衔剪力蚕卡榫迫及其幅他桥础梁相雄关产阳品优势巧产品讲：速栋度锁典定器稠，钢挣阻尼循器、顿粘滞师阻尼嘴器、僵橡胶从隔震沉支座马、摩剖擦摆蚁式支秧座拥有产般品的自疼主设计鄙能力5.T半MT现有工推作基础具备收桥梁昆结构怜减隔脏震方螺案计纱算分锡析能潜力具备牧桥梁级结构缸减隔背震方罩案计罪算分喘析能首力5.婶TM受T现有俯工作宁基础具备瓶使用Mi删da考s/保Ci辟vi乔l,帝Sa报p2敬00汤0和ANS蛮YS等有限瓦元软件欢运用非挣线性时锻程分析阔法对桥咳梁结构收进行减肉隔震方倚案设计偿分析的锐能力，渐欢迎合朗作！4、时程慨分析具备屋桥梁蹲结构姜减隔赢震方墓案计睛算分呀析能虫力5.T田MT现有个工作匙基础4、时朽程分顷析桥梁拴抗震遍设防窝分类针与设泰防标殃准具备晓桥梁览结构启减隔库震方疫案计尾算分供析能笔力5.T弃MT现有工再作基础桥梁度减隔浓震设皱计方删法5.楚TM景T现有工矩作基础力-位移测认试曲线普图（V=1页00m衬m/s）5.亲TM羡T现有男工作唱基础首次些使用FD的铁路延桥梁（略新建铁烂路南广勒线桂平跑郁江双挡线特大析桥）分析拼案例单塔阻润尼器布盛置情况伍示意图5.T会MT现有翅工作核基础郁江双香线特大阴桥减隔喜震计算遮模型采用盼通用灭有限齐元分帝析软垒件ANS筝YS建立全毕桥模型宜。桁架旺梁单元箩与桥塔计单元采近用BE表AM剃44梁单元吊模拟，拿拉索用LI骑NK兆10杆单化元模爸拟，疯二期援恒载奏用MA伏SS刑21点质量羡单元模倡拟，桥蔽墩处支阻座用刚卸臂模拟院，粘滞否性阻尼目器用COM逝BIN皮37弹簧阻婶尼单元字模拟。分析颜案例5.T盾MT现有工雁作基础主梁躬跨中乏纵向结位移示最大醒值随同阻尼抹器参拳数变微化曲发线塔梁扛相对境位移撤随阻资尼器挠参数闲变化呢曲线分析主案例塔顶暖纵向法位移撑随阻灭尼器年参数视变化洋曲线塔底弯葱矩随阻边尼器参默数变化社曲线最后选劳定所有娘阻尼器魂均采用慕相同的屑阻尼参芳数：阻尼李系数C：20笼00世k亿N/洽(m犁/s珍)0称.2速度系翅数α：0.2最大阻财尼力：14厘00该KN最大堆行程拌：50m乒m分析肃案例5.T两MT现有室工作袭基础太北跨宾北同蒲割铁路特男大桥双线专旁客高速译铁路特币大桥，前桥梁为脸五跨连捎续梁拱割桥结构啄，全长点为572拐m。5.折TM惩T现有它工作脑基础分析案抄例抗震装方案室：各辟个活你动墩嫁安装6套800师0KN的速度虏锁定装坑置。计算庭结果适：弯储矩和苗剪力眠值趋形于均停匀，归最大扩值大兵大降识低减震后沸桥梁最券大弯矩境和剪力未减震羡桥梁最就大弯矩弃和剪力5.密TM棕T现有岁工作椒基础分析案肌例5.让TM村T现有自工作薪基础分析案世例津蓟高肠速跨蓟辉运河桥六跨维连续垃梁桥底，跨蠢度为40扩.5赔m弱+巾4寒×协54机m旬+牲40蛙.5订m。其中3号墩月设固那定支饱座，丙其余列墩设角活动阁支座抗震方热案：各也个活动圆墩安装2套40瓣00膜KN的速度引锁定支艰座。计算疏结果调：弯蒸矩和堤剪力耐值趋垦于均厅匀，罢最大片值大陪大降近低减震后伯桥梁最存大弯矩蜓和剪力未减两震桥颜梁最总大弯艇矩和争剪力5.与TM救T现有工辜作基础分析购案例固定寨墩墩惩底最极大弯坏矩值和由83萝00副0K国N*支m下降为28键00物0K持N*遣m5.估TM覆T现有块工作傅基础分析案乌例计算结修果：弯毕矩和剪胀力值趋助于均匀宴，最大逢值大大坏降低5.T慢MT现有工逆作基础分析猫案例天水经垒济开发长区跨渭糊河桥五跨犁连续届梁结天构，面跨度厨为5×3鸭0m。减隔震好方案：符中间四菌个墩采稿用高阻稍尼支座董，两个携边墩燃采用算滑动逃型支含座。计算结贞果：能起够满足E1和E2地震通的抗鼻震设明防要碧求E2地震势下桥梁最懒大弯矩趣和剪力E1地震叉下减款震桥棚梁最产大弯裂矩和勺剪力5.朽TM霸T现有稿工作掩基础分析享案例计算结怠果：能腹够满足E1和E2地震驱的抗算震设单防要巧求E1地震下露高阻尼哀支座滞料回曲线5.T止MT现有工红作基础分析案事例E2地震浊下高劣阻尼世支座匪滞