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探析桥梁工程的隔震设计
发布时间:2018-09-19 点击: 发布:中国论文期刊网
摘 要
在现代的桥梁工程设计中隔震设计一直都在其中的重点,隔震设计对桥梁工程在使用中的安全性和稳定性有着十分重要的作用,因此,本文对于桥梁工程的隔震设计进行的探析,先是简单的介绍了隔震设计,然后对于桥梁隔震设计的技术原理进行了分析,并且介绍了其设计原则,之后对于桥梁设计中隔震设计的重要性和应用进行了分析研究,提出了隔震设计运用中出现的问题,最后针对问题提出优化的对策,力图为现代桥梁工程隔震设计的有效提高提供参考借鉴。
 
关键词:桥梁工程;隔震设计
引言
目前,部分国家逐渐转向桥梁的隔震技术以及减震技术的开发和研究,把各个学科的研究技术与桥梁工程的隔震技术相结合,是桥梁工程在抗震设计中的一次突破。作为一个多地震国,我国的强震大多都会引起桥梁的损害。桥梁的严重破坏通常导致交通系统的长时间崩溃,难以得到恢复。这会导致国家经济的重大损失,而且会严重阻碍震后的抗震救灾工作,要想真正解决桥梁抗震问题就要做好桥梁隔震设计。然而,我国在桥梁工程隔震技术方而的研究还不够,现在还停在摸索、借鉴国外先进技术、试验的阶段。我国对桥梁研究的目的是想在桥梁工程中实现运用。如今,我国桥梁工程中的隔震设计体系仍然不完善,没有实现桥梁工程中隔震设计的进一步优化,仍然处于起步阶段,不管是实践还是理论都不够成熟。
1.隔震设计简介
1.1隔震设计的概念和原理
桥梁隔震设计就是利用隔震器,使桥梁获得一定的水平支承,使得桥梁在水平方向上的固有周期变长,并且利用阻尼器增强隔震体系的阻尼效应,最终降低地震损害的一类桥梁工程的减震设计,旨在保护桥梁工程所有结构的整体效果。且隔震设计属于桥梁工程抗震设计中比较新颖的减震方式,把隔震设计使用于桥梁设计中能够有效降低地震造成的损害,然而并不能完全阻止地震灾害。
过去,通过提升桥梁工程的强度抗以及变形能力来提升桥梁的抗震能力,和以往不一样,隔震设计的特点就是加装了一个隔震装置,达到降低桥梁结构与水平地而关联性的目的,当有地震发生时,桥梁结构的反应加速度明显比地而的加速度高,所以桥梁结构构件很难被破坏。另外,还在桥梁设计中使用了阻尼设计,这样能够消耗地震产生的能量,最终作用在桥梁构件上的力减小了。
1.2隔震设计的特点
在设计桥梁抗震的过程中,要求在符合相关标准的条件下,通过隔震装置,使桥梁结构周期得到延长,且消耗地震产生的能量,使桥梁结构的响应减小。隔震设计通常具有以下特点:有足够的竖向刚度以及强度来支撑桥梁上部结构的所有重量,提高地震时桥梁结构的稳定性,引入隔震设计,能够分散减小后的地震力于桥梁下部结构支座间的大小分布,旨在保护桥梁的基础和桥墩。出现强烈地震时,能在一点程度上延长桥梁结构的自振周期,降低地震输入能量的能力,比较于以往的非隔震桥梁,有强地震发生后,更加容易对隔震装置进行更换,同时减少维修的费用及时间。以往在桥梁抗震加固工作上会花更多的时间和费用。在桥梁的结构横向地震反应中引入隔震技术,能够调节其横向刚度,所以能够改善结构的平衡作用,有效减少地震力。进行水准地震的设计时,桥梁上部结构的隔震能够消除或者解决桥梁下部结构弹性超过的问题,在不容易修复的位置,比如一些埋置的桥墩以及桥墩的基础,可减少这些不明显部位的非弹性变形问题的发生。在结构横向地震反应中引入隔震技术,能够调整一定的横向刚度,所以能够改善结构的平衡,有效较少地震力。引入隔震体系后,在一样造价条件下能够得到比以往抗震设计更好的抗震性能,比如降低墩柱延性需求,保护墩柱等。在功能得到正常使用情况下,使用的隔震支座因为温度、徐变等变形产生的抗力非常小,这或许能够实现伸缩缝的减小。
2桥梁隔震技术原理分析和设计原则
2.1桥梁隔震技术原理分析
在地震荷载的作用下,桥梁结构内部会产生较大的内力以及位移,隔震技术则主要是在桥梁结构的设训一过程中,通过设置隔震装置,将桥梁结构与可能造成结构破坏的地而运动分离开来,进而减少地震力以及地震能量对桥梁结构的影响,桥梁隔震技术的技术实现方式主要有以下几种形式。
(1)延长桥梁结构的自振周期,降低地震力的影响。在地震荷载作用下造成桥梁结构出现损坏的主要原因就是由于桥梁结构的自振周期与地震力周期具有较高的吻合程度,造成了桥梁结构的共振,进而导致桥梁结构地震反应放大,造成了梁体结构的损坏。通过采取隔震设计,可以将桥梁结构的自振周期延长,进而有效的降低桥梁结构在地震发生时的绝对加速度反应。
(2)增加桥梁结构的结构阻尼,对结构位移进行限制。由于延长桥梁结构周期,因此会造成桥梁结构位移反应的增加,在这种情况下,就必须设计相应的阻尼装置来增加桥梁结构的阻力,并加快地震能量的耗散,进而确保地震发生时桥梁结构的位移能够控制在合理的范围内。
(3)有效的分散桥梁结构的水平地震力。桥梁结构中,由于固定墩和活动墩在水平刚度上有很大的差异,导致水平地震力基本是由固定墩来承担,通过隔震设计,特别是对于连续梁桥而言,相当于取消了连续梁桥的固定墩,在地震荷载作用下,确保所有的桥墩都能够参与抵抗地震力,起到了改善桥梁结构内力分布的作用。
2.2桥梁隔震设计的基本原则
提高桥梁结构的整体抗震性能,必须完善桥梁的隔震设计工作,对于桥梁隔震设计在设计阶段应该重点遵循以下几项原则:
(1)对设计桥梁项目进行实地考察分析,尤其是对桥梁地质基础以及施工现场条件进行踏勘,明确桥梁设计项目是否适合采用隔震设计以及是否有必要采用隔震设计;
(2)如果通过可行性研究论证确定采用隔震设计,则应该对桥梁的设计标准进行明确,尤其是抗震性能设计标准;
(3)进行桥梁隔震装置的选择时,应选择技术成熟、结构简单以及力学性能满足要求的隔震装置;
(4)在隔震设计中设置了隔震装置以后,在地震作用下桥梁上部结构会产生一定的位移,在设计阶段必须分析这些位移对桥梁的正常安全使用的影响。
3桥梁设计中隔震设计的重要性与应用
3.1桥梁隔震设计的重要性
所谓的隔震设计就是指在桥梁施工建设的过程中安装相应的隔震器和阻尼器,既要保证桥梁在水平方向上得到足够的柔性支承,同时也要充分的提高桥梁的阻尼效应,这样在地震来临时,就可以最大限度的减少损坏这几年来,欧美等众多的发达国家对隔震设计方面的工作都在不断的研究和探索,并且也取得了一定的成绩。而我国在这方面还是有一定差距的,目前所应用的设计方法还都是借助于国外的研究经验。
做好桥梁的隔震设计工作,在地震到来时,可以有效的分解和改善地震力在桥梁各结构间的分布情况,从而有效的保护桥梁工程的上部结构另外,做好了隔震设计工作,还能够合理的调节横向的刚度,解决了桥梁结构扭转平衡的问题,也就是降低了地震力与普通的抗震设计相比,隔震设计后的抗震效果明显更好,在没有增加施工成本的前提下也充分的保证桥梁的整体质量。在隔震设计中采用隔震支座后,其受温度等外界因素的影响较小,并且在震后更换相应的隔震装置是很容易的,维修桥梁费用较低,维修的时间也很短。
3.2运用隔震设计的条件
根据桥梁基础周边地基及结构等条件而言很多桥梁都可以引入隔震设计。然而部分桥梁并不可以,所以要分析详细的地基和结构条件,判断是否可以在此桥梁中引入隔震措施。可以引入隔震设计的桥梁需要满足的条件是:桥梁周边的地基基础良好,这样发生地震时才会稳定,桥梁下部结构刚性好且桥的固有周期不长的条件。这2个条件确保实行隔震技术后,桥梁体系可以达到长周期化的目的,最终实现地震力的降低。如果桥梁下部结构刚度比较强,通过桥梁系统的固有周期,其固有周期可以长达不采用隔震装置的2倍,如果桥梁的上、下部结构的固有周期区别很大,那么上部结构和下部结构之间就没有大的藕联振动效应产生,通常桥而运动才可有效反映隔震装置的减震能力。以下条件下的桥梁不适合引入隔震设计:桥梁的下部结构刚性不强,且固有周期长的桥梁,置于较柔的场地,周期长会出现共振现象,桥梁基础的地荃不牢固,发生地震容易摇晃的桥梁。
3.3桥梁设计中的隔震设计
(1)隔震装置的设计。桥梁隔震设计的第一步是隔震装置的设计,要想达到预期的隔震效果,隔震装置的设计就要有一定的刚度和能量吸收能力。进行桥梁隔震设计过程中,可以利用隔震装置降低桥梁结构的惯性力。所以需要设计出隔震效果良好的阻尼器和隔震器。通常情况下通过弹性反应谱法设计的隔震要不断更新和优化。在隔震设计过程中,要严格控制其隔震装置的力学性能。
(2)细部构造的设计。在进行隔震设计时桥梁附属结构的功能非常大,桥梁附属结构通常包括限位装置、防落梁装置、伸缩缝。大量的地震调查和动态时程研究表明:这些结构属于支撑桥梁结构的动态响应和振动隔离效果的主体。然而大部分设计人员不重视甚至忽视桥梁的细节结构,所以,进行细节结构设计时,要求设计人员注意加强设计,尽力提高桥梁的抗震能力。
3.4隔震设计的合理运用
在不同水准地震条件下,一方而要明确结构构件在抗震中起到的作用和结构的预期性能。另一方而,在不同的水准地震作用的情况下,结合结构的预期性能设计人员才能知道该如何去做。想要实现这个目标,就要充分利用设计人员的实践经验,充分掌握在地震作用下的结构性能,最后完成科学合理的设计,详细的构造细节和合理的构造举措,并不是通过复杂的分析计算而得出的。所以,进行隔震技术设计时,要充分掌握整个桥梁系统的抗震传力路径,通过有效的细节构造措施的实行,保证在地震作用下的情况下隔震装置可以正常发挥关键作用。
3.5隔震设计的运用中出现的问题
目前我国的隔震设计规范还不够全而,同时经验积累不足,特别是在桥梁的构造细节和措施上,构造细节和措施的不科学,会影响减隔震装置的正常发挥。大跨桥梁结构的应用是长期发展的结果,但粘滞阻尼器在世界桥梁中的使用时间很短,同时投入使用的过程中部分厂家粘滞阻尼器经常有漏油等事故发生。迄今为止,我国还没有更加完善的产品标准、设计规范及检测标准。这点使得隔震设计造我国的广泛使用,再者,部分不符合要求的产品被引入桥梁结构的设计,存在一定的安全隐患,如果有地震发生,就会对桥梁产生严重的影响。所以在使用粘滞阻尼器的过程中,要严格控制产品的质量检测,保证产品参数符合设计的标准,再者,要着重检测产品的耐久性能、疲劳性能等特性,而且要及时检测和保养桥梁的阻尼器,如果有问题出现要马上作维修或者更换工作。所以,要求相关部门尽快制定科学合理的检测标准和产品标准。要想保证在地震作用下隔震支座能够有效发挥作用,且可以对隔震支座作一定的变形,就要保证足够的位移空间。所以要随时关注防落梁措施、伸缩缝间隙的设置等构造措施的设置。
4桥梁抗震优化对策
4.1采用桥梁延性控制法
在桥梁结构抗震性能设计中桥梁的延性减震也是十分普遍的方法,其主要做法是加强桥墩某些部位的延性,让这些部位在地震作用下依然能够形成稳定延性塑性铰,进而产生弹塑性变形来延长结构周期,达到分散地震的能量的目的。
4.2采用隔震支座和阻尼器相结合的系统
利用增加公路桥梁结构的柔性和阻尼来降低桥梁的地震反应带来的影响,是当前抗震设计中应用广泛的手段。隔震支座法能够有效的加强桥梁的抗震性能,同时增加对地震力的阻尼也能够有效的提升桥梁抗震性能,将二者结合起来,抗震性能会加倍。隔震支座和阻尼器可以在地震的作用下,加强桥墩的弹塑性变形从而耗散地震能量,从而有效的降低桥梁墩、台所受的水平地震力带来的影响,达到提高了桥梁结构的抗震性能的目的。
4.3引进新型桥梁的抗震设计方法
在以往的桥梁结构抗震设计中,我们主要采用提高结构强度和增强结构延性的方法来保障桥梁结构抗震能力。但是这种方法在实际应用中有一定的局限性,由于地震的影响力与桥梁的抗震能力都是未知的,因此,当地震发生时,桥梁依然受到了损害。所以,引进新型的桥梁抗震设计法势在必行。现阶段,在桥梁结构设计中我们开始采用型钢混凝土结构,这种型钢混凝土结构具有承载能力强、抗剪能力强、延性强的特点,因此,逐渐被广泛应用。
结语
通过以上的沦述,我们对桥梁设计中隔震设计的重要性、桥梁设计中的隔震设计理沦以及桥梁设计中的隔震设计措施三个方面的内容进行了详细的分析和探讨在我国社会主义市场经济体制逐步完善的新形势下,我国城市公路交通事业的发展是十分迅速,桥梁工程是城市现代化设施的重要组成部分,而要想充分的保证桥梁结构的整体质量,就必须做好其隔震设计的工作,我国的隔震技术的设计水平还并不成熟,因此,我们应科学的借鉴并吸取国外发达国家的先进的设计经验,不断的改进并且完善我国桥梁设计工作中的隔震设计,真正的提高桥梁工程的整体抗震性能,促进我国公路交通行业的良性发展。
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