橋梁橋梁減隔震技術(shù)概述

減隔震技術(shù)基本原理

我國(guó)是一個(gè)強(qiáng)震多發(fā)國(guó)家，地震發(fā)生頻率高、強(qiáng)度大、分布范圍廣、傷亡多、災(zāi)害嚴(yán)重，特別是近年發(fā)生的四川汶川特大地震、青海玉樹大地震等地震災(zāi)害，給我們帶來(lái)了慘痛的教訓(xùn)。與此同時(shí)，橋梁作為生命線系統(tǒng)工程中的重要組成部分，一旦損毀、中斷便等于切斷了地震區(qū)的生命線，同時(shí)，遭受破壞的大型橋梁修復(fù)往往非常困難，嚴(yán)重影響交通的搶通及恢復(fù)，從而影響救災(zāi)工作的開展，繼而引發(fā)更大的次生災(zāi)害。受到這些地震災(zāi)害的教訓(xùn)以后，基于橋梁抗震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)控制技術(shù)開始在我國(guó)橋梁工程界得到日益重視，國(guó)內(nèi)相關(guān)部門積極開展了橋梁減隔震設(shè)計(jì)及研究工作。

對(duì)于地震作用，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用的對(duì)策是“抗震"，即主要考慮如何為結(jié)構(gòu)提供抵抗地震作用的能力。一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)正確的“抗震"設(shè)計(jì)可以保證結(jié)構(gòu)的安全，防止結(jié)構(gòu)整體破壞或倒塌，然而，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷卻無(wú)法避免。在某些情況下，靠結(jié)構(gòu)自身來(lái)抵抗地震作用顯得非常困難，需要付出很大的代價(jià)。因此，我們必須尋求更為有效的抗震手段，如基于減隔震裝置的結(jié)構(gòu)控制技術(shù)等。

結(jié)構(gòu)控制技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，還可以節(jié)省造價(jià)，從某種意義上來(lái)說(shuō)，這是解決實(shí)際結(jié)構(gòu)抗震問題的有效途徑。對(duì)于橋梁或建筑結(jié)構(gòu)，目前發(fā)展相對(duì)成熟、實(shí)際應(yīng)用較為廣泛的是減隔震技術(shù)。減隔震技術(shù)是一種簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、、有效的工程抗震手段。

• 圖 1 加速度反應(yīng)譜
• 圖 2 位移反應(yīng)譜

通過(guò)地震時(shí)的加速度反應(yīng)譜（圖 1）與位移反應(yīng)譜（圖 2）可以清楚地反映出不同阻尼下，加速度和位移隨著地震周期的變化規(guī)律，當(dāng)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期，增加結(jié)構(gòu)阻尼可有效降低地震時(shí)的加速度和位移響應(yīng)。減隔震設(shè)計(jì)就是利用結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的這種性質(zhì)，通過(guò)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期和提高阻尼達(dá)到減輕地震作用的目的。

減隔震支座發(fā)展及現(xiàn)狀

為了減小地震引起橋梁結(jié)構(gòu)的破壞，各國(guó)學(xué)者對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的減震、隔震進(jìn)行了廣泛、深入的研究，并取得了大量的研究成果。研究成果表明：對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)比較容易實(shí)現(xiàn)和有效的減隔震方法主要是采用減隔震支座。在日本、美國(guó)、新西蘭等國(guó)家的許多橋梁都安裝了減隔震支座，并取得了較好的減隔震效果。

由于橡膠支座能通過(guò)剪切變形使上、下部地震運(yùn)動(dòng)隔離，且具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、加工制造容易、用鋼量少、成本低廉、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，因而成為常用的一種隔震支座。目前，國(guó)內(nèi)常用的橡膠類隔震支座主要有天然橡膠支座、高阻尼橡膠支座和鉛芯橡膠支座。

鉛芯橡膠支座是在一般板式橡膠支座基礎(chǔ)上，在支座中心放入鉛芯，以改善橡膠支座的阻尼性能的一種減隔震支座，其具有減隔震、適用范圍廣等特點(diǎn)，目前，鉛芯橡膠支座已在我國(guó)廣泛應(yīng)用。

支座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

〖HDR 系列高阻尼隔震橡膠支座〗是按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 20688）及相關(guān)行業(yè)規(guī)范，同 時(shí)參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)研制的減隔震類橋梁標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件系列產(chǎn)品，屬省部級(jí)重大科技攻關(guān)項(xiàng)目資助研發(fā)的技術(shù)成果（ZL .5、ZL .3），該系列產(chǎn)品通過(guò)了省部級(jí)科技成果鑒定（陜科鑒字[2010]第 097 號(hào)）及相關(guān)認(rèn)證，且已上升為中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JT 2009-26），適用于 9 度及以下地震烈度區(qū)的各類公路及市政橋梁。

支座分類

按功能形式分類

? 固定型隔震支座——支座位移通過(guò)橡膠剪切變形實(shí)現(xiàn)，橡膠的水平剪切能承受較大的水 平力，按其連接結(jié)構(gòu)又分為Ⅰ型、Ⅱ型兩種類型（參見 2.2.2 條），通過(guò)高阻尼橡膠在水平方向的大位移剪切變形及滯回耗能實(shí)現(xiàn)減隔震功能；

? 滑動(dòng)型隔震支座 滑動(dòng)型隔震支座——支座位移通過(guò)頂面設(shè)置的聚四氟乙烯滑板與不銹鋼板組成的滑移摩擦副實(shí)現(xiàn)，低摩擦系數(shù)使支座承受較小的摩擦力，通過(guò)滑移摩擦副滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)減隔震功能。

按 結(jié)構(gòu)形式分類 分類

1、固定型支座 固定型支座

依據(jù)支座不同的抗震技術(shù)性能，支座本體與錨固件（或預(yù)埋件）間的連接形式及支座與梁、墩的錨固（連接）形式，固定型支座可劃分為如下兩種類型（兩個(gè)系列，參見下圖）：

? Ⅰ 型——支座與墩、梁間采用套筒連接，支座頂面、底面均設(shè)預(yù)埋鋼板，上、下支座鋼板和套筒間采用錨固螺栓連接，上、下預(yù)埋鋼板與套筒間采用配合焊接。

? Ⅱ 型——支座與墩、梁間采用套筒連接，支座底面不設(shè)預(yù)埋鋼板，底鋼板和套筒間采用錨固螺栓連接，上預(yù)埋鋼板與頂鋼板間采用剪力卡榫連接，上預(yù)埋鋼板與套筒間采用配

滑動(dòng)型支座

滑動(dòng)型支座的結(jié)構(gòu)示意圖如下：

2.1.3 按本體形狀分類

? 圓形隔震橡膠支座——支座本體平面形狀為圓形

? 矩形隔震橡膠支座——支座本體平面形狀為矩形

2.2 支座代號(hào)

示例：

HDR （Ⅰ）-D900-G10/8-e168，表示：直徑為900mm，橡膠設(shè)計(jì)剪切模量1.06MPa，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角為0.008rad，設(shè)計(jì)剪切位移量為±168mm的HDR（Ⅰ）圓形固定型高阻尼隔震橡膠支座；省略型號(hào)表示為：HDR （Ⅰ）-D900-G10。

HDR （Ⅱ）-350 ×400-G8/8-e56，表示：縱橋向尺寸為350mm、橫橋向尺寸為400mm，橡膠設(shè)計(jì)剪切模量0.80MPa，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角為0.008rad，設(shè)計(jì)剪切位移量為±56mm的HDR（Ⅱ）矩形固定型高阻尼隔震橡膠支座；省略型號(hào)表示為：HDR （Ⅱ）-350 ×400-G8。

HDR-D300-H/8-e100，表示：直徑為300mm，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角為0.008rad（橡膠設(shè)計(jì)剪切模量 0.64MPa），主滑移方向設(shè)計(jì)位移量為±100mm的HDR圓形滑動(dòng)型高阻尼隔震橡膠支座；省略型號(hào)表示為：HDR-D300-H/8 HDR-350 ×400-H/8-e150，表示：縱橋向尺寸為350mm、橫橋向尺寸為400mm，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角為0.008rad（橡膠設(shè)計(jì)剪切模量0.64MPa），主滑移方向設(shè)計(jì)位移量為±150mm的HDR矩形滑動(dòng)型高阻尼隔震橡膠支座；省略型號(hào)表示為：HDR-350 ×400-H-e150。 本系列支座原則上本體的長(zhǎng)邊沿橫橋向安裝，考慮到橋梁橫向尺寸可能受限，定制設(shè)計(jì)了矩形固定型專用系列（如HDR（Ⅰ/Ⅱ）-AB-G[Z] */ *），布置方式為支座本體的長(zhǎng)邊沿縱橋向布置。

2.3 產(chǎn)品特點(diǎn)

? 水平變位能力強(qiáng)，可有效吸收地震能量；

? 結(jié)構(gòu)復(fù)位能力強(qiáng)，基本不發(fā)生殘余位移；

? 材料阻尼效果好，具有良好的耗能能力；

? 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能靈活多樣，適用范圍廣；

? 改善受力，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，降低工程總造價(jià)；

? 安裝及檢修更換方便，運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本低

3 支座 支座技術(shù)性能 技術(shù)性能

3.1 支座規(guī)格

?圓形支座分為30類：

D250，D275，D300，D325，D350，D375，D400，D425，D450，D500，D550，

D600，D650，D700，D750，D800，D850，D900，D950，D1000，D1050，D1100，

D1150，D1200，D1250，D1300，D1350，D1400，D1450，D1500；

?矩形支座分為45類： ：

250×250，250×300，250×350，300×300，300×350，300×400，350×350，350×400，

350×450，400×400，400×450，400×500，450×450，450×500，450×550，500×500，

500×550，500×600，550×550，550×600，550×650，600×600，600×650，600×700，

650×650，650×700，650×750，700×700，700×750，700×800，750×750，750×800，

750×850，800×800，800×850，800×900，850×850，850×900，850×950，900×900，

900×950，900×1000，950×950，950×1000，1000×1000。

注：矩形固定型支座長(zhǎng)邊縱橋向布置時(shí)（即矩形固定型專用系列支座），以上規(guī)格表示為長(zhǎng)邊×短邊，例：1000×950。

3.2 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角 θ（rad ）

本系列支座設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角分為兩檔：0.006rad 和 0.008rad，附表中僅列出了推薦值為 0.008rad對(duì)應(yīng)支座的相關(guān)參數(shù)。

3.3設(shè)計(jì)水平力

固定型支座可承受的設(shè)計(jì)水平力詳見各規(guī)格尺寸支座的設(shè)計(jì)參數(shù)表；

滑動(dòng)型支座可承受的設(shè)計(jì)水平力為支座設(shè)計(jì)豎向承載力的 3%。

3.4 支座設(shè)計(jì)位移

滑動(dòng)型支座順橋向設(shè)計(jì)位移分為±100mm 和±150mm 兩種，橫橋向設(shè)計(jì)位移為±30mm；

固定型支座的剪應(yīng)變性能要求如表 1 所示。