铁路桥梁的减隔震技术 要如何运用

ad收复运动机ad收复运动机地震动峰值加速度较高地区的铁路桥梁的减隔震技术的应用研究5.12汶川大地震后，中国铁道学会于2008年8月27～28日在成都召开了“地震灾害对铁路的影响及对策学术研讨会”，与会专家普遍认为：铁路桥梁应加强“减隔震技术”的应用，用“减隔震”的设计理念代替传统的“抗震”设计理念。与房屋和公路桥梁不同的是，铁路桥梁有列车行驶的安全性和舒适性的特别要求，为了满足这一特别要求，铁路桥梁结构必须具备“刚度大”的特点，即要求结构具有足够的横向刚度，与此相对应的是：铁路桥梁因刚度大导致其结构的地震响应比公路桥梁的地震响应大得多，为了减小结构的地震响应，采用减隔震技术就成了必然的选择途径之一；但隔震技术是以延长结构自振周期来实现的，可见，减小结构的地震响应要求结构变“柔”，保证桥梁的正常安全运营要求结构变“刚”，二者的要求正好相反，因此，如何处理好铁路桥梁结构的抗震性能和横向刚度这一对矛盾，是隔震技术在铁路桥梁中能否广泛应用的关键所在。减隔震技术的机理减小铁路桥梁结构地震响应的有效途径主要有如下两条：◆延性设计方法，通过在构件的合适位置设定塑性铰和仔细设计构件的细部构造，可以达到在地震作用下结构的整体性和防止结构倒塌的发生。但采用延性设计，不可避免地使结构出现损伤。◆结构控制方法，包括被动控制技术、主动控制技术、混合控制技术等，近几十年来发展起来的减隔震技术是运用结构被动控制的原理在土木工程结构中实现减小结构地震响应的有效方法。减隔震技术是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，减少传递到上部结构的地震作用和能量。在实际工程应用中，大跨度柔性结构往往采用提供适当阻尼的方法，如采用具有减震耗能的粘滞液体阻尼器、弹塑性软钢阻尼支座、LUB速度锁定支座、调谐质量阻尼器（TMD）、调谐液体阻尼器（TLD）等装置来实现减小结构的地震响应的目的；而对于普通的小跨度梁式结构，则是采用增加系统的柔性的方法，如采用叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座等装置实现隔震，从而减小结构地震响应的目的。减隔震技术的应用现状5.2.1减震支座（装置）的应用状况减震技术是通过在梁体与桥塔、桥墩、桥台的连接处安装水平柔性支撑，耗散地震输入能量，减小地震对桥梁主体结构的破坏。减震支座应具有如下的功能（1）减震支座除了满足普通支座的功能外，在列车制动力、风荷载和中、小地震作用下，桥梁结构应具有足够的水平刚度以满足铁路桥梁的使用要求；（2）在大震作用下，最好的减肥方法及时收腹运动机随着桥梁结构水平位移的增加，耗能（阻尼）装置进入耗能状态，大量耗散输入给桥梁结构的地震能量，减小结构的地震响应。减震支座具有如下的优点（1）技术的合理性（相对于传统的抗震设计方法）；（2）结构的安全性（耗能装置属承重构件，对桥梁结构的安全性不构成威胁）；（3）安装的简便性（减震装置的安装简单、施工周期短、对结构的影响小）；（4）使用的经济性（与增加结构强度来达到抗震目的相比，可以节约桥梁的工程造价）。减震支座的类型减震支座类型较多，目前，适合在铁路桥梁上使用的减震支座的类型主要有如下几种：（1）弹塑性软钢阻尼支座在大震作用下，利用金属材料（软钢）的塑性变形，耗散输入桥梁结构中的能量，从而达到减震的目的。弹塑性软钢阻尼支座是在弹塑性软钢阻尼器的基础上研发的一种新型支座，按形状分为E型和C型两种，如图5-1和5-2。图5-1E型钢阻尼支座图5-2C型钢阻尼支座（2）LUB速度锁定支座在变化速度较快的地震作用、列车制动力、风荷载作用下，LUB速度锁定支座能将上部结构传给桥墩的地震作用合理地分配到多个桥墩，改变了连续梁桥仅由一个固定桥墩承担上部结构的惯性力的不合理状况。LUB速度锁定支座如图5-3所示。图5-3LUB速度锁定支座（3）粘滞液体阻尼器粘滞液体阻尼器有如下的特点：

★高速度下，可消耗大量能量，但不给桥梁结构附加任何刚度。

★低速度下，不影响结构的小位移。

★有阻尼系数调整幅度大、工程应用广泛、产品稳定性好、施工维修方便等技术优势。粘滞液体阻尼器如图5-4所示。图5-4粘滞液体阻尼器5.2.2隔隔震技术是利用隔震层隔断地震作用由桥墩向梁体的传播，通过延长结构周期，增加耗能能力来实现的，从而达到减小地震对桥梁主体结构破坏的目的。隔震支座的特点（1）采用隔震支座，可保证上部结构的变形在弹性范围内，确保了桥梁结构的安全性；（2）由于隔震支座延长了结构的自振周期，故在列车制动力、风荷载和中、小地震作用下，桥梁结构应具有足够的水平刚度难于满足。隔震支座的类型隔震支座类型较多，目前，适合在铁路桥梁上使用的隔震支座的类型主要有如下几种：（1）铅芯橡胶支座铅芯橡胶支座是在普通叠层橡胶支座的中部垂直地灌入纯度为99.9%的铅芯而制成的。铅芯橡胶支座具有很好的滞回特性，其耗能是通过铅芯的屈服剪切变形来实现的。铅芯橡胶支座如图5-5所示。图5-5铅芯橡胶支座（2）摩擦摆式支座摩擦摆式支座是通过摩擦耗能的方式将地震能量转化为热能，同时，通过摆式结构实现将地震能量转化为势能，延长结构基本自振周期，其耗能是通过摩擦和摆式结构来实现的。摩擦摆式支座如图5-6所示。图5-6摩擦单摆式阻尼支座产品图减隔震技术在国内外桥梁中的应用事例减隔震控制技术在国内外桥梁中的应用情况简述如下：（1）韩国Cho-Ji桥和iLM桥上安装了E型钢阻尼支座（图5-7）图5-7韩国Cho-Ji桥和iLM桥的E型钢阻尼支座（2）美国的加利福尼亚州桥梁翻新工程（图5-8）图5-8加利福尼亚州桥梁（3）1997年葡萄牙的“Ponte25deAbril”悬索桥安装了24个LUB速度锁定支座（图5-9）图5-9葡萄牙的“Ponte25deAbril”悬索桥和LUB速度锁定支座（4）日本城市高速公路桥梁采用了隔震支座（图5-10）图5-10日本城市高速公路桥梁（5）我国新疆的南疆铁路布谷孜铁路桥采用了铅芯橡胶支座，该桥（9孔，各32米）2000年通车（图5-11），在2003年2月24日发生的6.2级新疆伽师地震（距桥址图5-11我国新疆的南疆铁路布谷孜铁路桥（6）我国南京夹江大桥安装了E型钢阻尼支座（图5-12）图5-12南京夹江大桥应用的弹塑性E型钢阻尼支座（7）我国泉州晋江大桥采用了铅芯橡胶支座（图5-13）图5-13泉州晋江大桥采用的铅芯橡胶支座（8）我国武汉天兴洲公铁两用大桥在塔梁交接处采用了粘滞液体阻尼器（图5-14）图5-14武汉天兴洲公铁两用大桥（9）台湾高速铁路在很多标段上采用了LUD速度锁定器（图5-15）图5-15台湾高铁C291标6结论本文通过汶川大地震的多座典型桥梁的震害，分析了此次大地震对公路桥梁破坏重而对铁路桥梁破坏较轻的机理，根据铁路桥梁的结构特点，从铁路桥梁的抗震概念设计、抗震计算设计、抗震构造设计等三个方面着手，提出了铁路桥梁各设计阶段应有主辅之分的抗震设计思想，指出了桥梁抗震仿真计算的精确化和采用减隔震控制技术是未来桥梁抗震设计的趋势，结论如下：（1）汶川大地震造成公路桥梁震害重，铁路桥梁震害轻，应加强公路桥的抗震设计，确保震后生命线工程的畅通；鉴于此次汶川大地震时桥梁的震害具有明显的方向性，在桥位选择时注意断裂的走向，在构造措施上加强薄弱位置；山区的桥梁设计应着重考虑地震次生灾害（山体滑坡和崩塌）对沿溪沿河的桥梁的影响。（2）桥梁的不同设计阶段具有不同的抗震要求。在工可研究阶段的抗震设计应以概念设计为主，计算和构造设计为辅；初设阶段的抗震设计应以计算设计为主，构造设计为辅；施工图设计阶段的抗震设计则主要以构造设计为主，计算设计为辅。（3）重视桥梁结构的抗震概念设计。桥位场地的选择，应依据桥址处的地质和地形条件，应避免地震时次生灾害对桥梁的破坏，基础应建在岩石或坚硬的冲积土层上。注意桥轴线的方向，同时，山区桥梁的桥轴线尽量取直避弯，选用曲线桥梁，其跨度不宜过大，桥面能连续不要简支，桥墩不宜采用单柱式，桥台处不宜设平曲线。重视抗震构造设计。施工图设计阶段的抗震设防主要是上部结构要加强防落梁措施，可以采用加大挡块厚度（一定要适中），且在挡块与梁体之间设缓冲橡胶垫块；对于连续梁的下部结构，要重视一联中矮墩的设计；加强桥墩、桩基础的箍筋设计；应重视桥梁刚度突变处的构造设计。（4）结构抗震计算严格来说是近似仿真计算，桥梁结构的抗震计算设计与抗震概念设计和抗震构造设计相比较，后二者更显重要。（5）铁路桥梁结构抗震设防标准应在“可靠性与经济性”的平衡中提出，同时要满足规范的要求。对重要桥梁开展地震安全性评价，对于大跨度桥梁和重要桥梁，应提高结构的抗震设防标准。（6）重视桥墩及其基础的延性设计。（7）改变传统的“抗震设计”理念，树立“减隔震设计”的思想，这对