城市桥梁隔震技术的原理

1、城市桥梁隔震技术的原理0 引言在漫长的人类发展历程中， 地震灾害不断发生， 造成了大量 人员伤亡和经济损失。 地震中， 桥梁的破坏或倒塌造成震区生命 线被切断，致使救灾工程不能顺利进行，并引发多种次生灾害， 给社会带来了巨大的经济损失。 因此桥梁的抗震研究不断受到世 界各国研究者们的关注。 抗震设计可以确保结构的整体性和防止 结构倒塌， 但结构构件的损伤是无法避免的， 通过结构自身强度 去抵抗地震作用也是需要花费很大代价的。 因此， 需寻求一种更 为合理有效的方法来减小结构在地震中的反应， 并能满足降低造 价等要求，基于隔震装置的结构控制技术逐渐被应用起来。1 隔震原理1.1 隔震概念 隔震技

2、术一般是将结构与地面分离开，阻止地震能量的传 播。然而在结构与地面之间设置绝缘物， 地震的惯性力虽然被降 低，但结构的水平位移也会显著增大。 因此，为了消除这一弊端， 现在隔震技术除了绝缘外， 还考虑了阻尼的效果， 利用隔震和阻 尼双重效果达到隔震目的。 一般来说， 桥梁中的隔震结构是在支 座处设置叠层橡胶阻尼装置来阻止地面运动在主体结构中的传 播。1.2 隔震机理隔震的目的就是将结构与地面运动分离， 因为梁式桥梁地震 变形主要集中在支座位置， 因此，桥梁隔震设计一般利用高阻尼 柔性支座来实现。 隔震原理是通过引入柔性装置， 解除结构与地 面运动的耦联关系， 延长结构的基本周期避开结构地震反应

3、的卓 越周期， 以降低结构的地震力。 然而柔性装置的使用必然伴随结 构的位移增大，通过阻尼装置的使用可适当减小这种变形的产 生。另外，阻尼的增加亦可降低结构的动力加速度 1 。2 桥梁隔震常用装置2.1 普通叠层橡胶支座 普通叠层橡胶支座是由多层橡胶与钢板交替叠合粘接而成。 与单体橡胶相比，多层橡胶具有竖向刚度高和水平刚度低的特 性，这样既保证了该支座具有相对高的竖向承载力， 又在水平方 向保持了橡胶的柔性， 因其阻尼效果比较低， 一般需要辅以阻尼 器作为吸收能量的元件。2.2 高阻尼叠层橡胶支座 高阻尼叠层橡胶支座的形状和构造与普通橡胶支座相同， 它 作为一种合成橡胶， 混入纤维塑料等添加材

4、料来提高阻尼， 其力 学性质随材料的不同而有所差异。 高阻尼叠层橡胶支座利用本身 的高阻尼材料消耗地震能量，起到隔震、阻尼双重效果，节省使 用空间， 施工上也极其方便。 高阻尼叠层橡胶支座能够吸收更多 的地震运动能量， 具有较大的耗能能力， 但要注意切变模量会随 温度而变化，可能导致隔震效果显著降低。2.3 铅芯叠层橡胶支座铅芯叠层橡胶支座 2 为目前比较普遍使用的一种隔震支 座，是在普通叠层橡胶支座中心置入一高纯度铅芯， 铅的屈服剪 切应力很小（约ioMPa，屈服后可产生迟滞耗能作用，利用铅 本身的屈服行为来吸收地震能量， 以抵抗强震下产生的过大变形 和承受环境振动。 橡胶部分仍然起到延长结

5、构周期， 降低地震作 用的效果。另外，铅与其他金属相比，在常温下能迅速结晶，不 易产生应变硬化等现象，因此可长期重复使用。3 隔震设计与抗震设计的比较 隔震设计原理与延性抗震设计原理是相似的， 都是通过一定 部件的滞回特性来耗散地震能量， 遏制结构的地震反应， 只是耗 散能量的部位不同， 前者是采用隔震装置， 后者是利用结构部件， 而抗震方法中让选定的结构构件屈服不可避免地造成结构的损 伤。两种方法的目的也是不一样的， 抗震设计允许较大地震力和 能量传递到结构上， 而隔震设计则是要减小传递到结构重要部件 上的地震力和能量。另外，隔震装置在发生损伤时，仅需简单替 换掉原来的装置即可，使得震后修复工作更加便捷 3 。4