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乌兰浩特HDR高阻尼隔震支座与板式支座相比具有很好的抗震效果

双林橡胶  2020-9-23 8:45:34  11165
内容摘要:乌兰浩特HDR高阻尼隔震支座是一种经济、先进的桥梁抗震技术。汶川地震后,桥梁工程抗震设计受到了相关部门的高度重视,减隔震支座的运用也随即在桥梁工程界兴起。但部分技术人员对减隔震支座的分析方式不清楚,造成潜意识...

乌兰浩特HDR高阻尼隔震支座是一种经济、先进的桥梁抗震技术。汶川地震后,桥梁工程抗震设计受到了相关部门的高度重视,减隔震支座的运用也随即在桥梁工程界兴起。但部分技术人员对减隔震支座的分析方式不清楚,造成潜意识里回避减隔震支座的采用,阻碍了减隔震技术的推广。

高阻尼(HDR)隔震橡胶支座是采用特殊配制的橡胶材料制作,其橡胶材料粘性大,自身可吸收能量,使之在强震时产生大阻尼,大量消耗进入结构体系的能量,以达到控制结构内力分布与大小的目的

HDR高阻尼隔震支座的力学性能

进行减隔震设计的桥梁,由于减隔震装置的非线性,在设计地震力作用下,即使主体结构处于弹性状态,隔震、减震装置一般也应进入非线性阶段才能起到隔震耗能作用,此时可采用基于等效线性化的反应谱法进行分析。在罕遇地震作用下,墩柱、连接装置均进入非线性,应通过对结构进行非线性反应分析来求解结构的地震反应,目前最常用的方法是非弹性反应谱(等效线性化分析法)或非线性时程分析法。

在有限元分析程序中,对于设置隔震支座的非线性连接单元的结构,并非所有的分析工况都是非线性分析。比如说线性静力分析、模态分析等工况,这些线性分析工况中显然是不能够考虑单元中的非线性属性的。但是如果某些单元的非线性属性不能考虑,可能就会带来结构的不稳定等一系列基本力学问题,因此这时也需要使用非线性单元的线性属性。也就是说,对于所有线性分析工况,非线性单元所表现的是线性属性,所使用的刚度是线性特性值中的有效刚度。有效刚度的输入一般为非线性弹性支承的刚度值,这样既可防止在动力非线性分析中因为输入值地过高或过低而导致结果不收敛,又能在线性静力分析、模态分析等工况中保证结构的稳定。

HDR高阻尼隔震支座

与线性有效刚度相对应,在非线性单元中需要定义线性有效阻尼。线性有效阻尼的使用与线性有效刚度完全相同,主要用于非线性单元中线性自由度方向阻尼属性,以及所有自由度在线性分析工况的阻尼属性。所以,不管采用何种分析方法,在对乌兰浩特HDR高阻尼橡胶支座进行分析时,都需要取得其相关的线性和非线性力学参数。

云南省德宏州芒瑞大道(芒市-瑞丽边境口岸城市连接线)是连接芒市与瑞丽,促进西南桥头堡建设的重要工程。在K75+095处设置29×30m预应力混凝土先简支后连续T形梁桥,双柱墩,桥墩高度在1.5~4.4m之间。桥位处于泸水—龙陵大断裂带之间,地震动峰值加速度为0.20g、反应谱特征周期为0.45s、Ⅱ类场地,桥梁抗震设防烈度为8度。考虑桥梁与桩基的共同作用,将桩周土体对桩基的作用模拟为一系列沿深度变化的弹簧)。假设上部结构与桥墩铰接,算得桥梁基本周期为0.58s。通常,桥梁隔震周期至少应为非隔震周期的2倍以上[4]。故假定桥梁的隔震周期为T,等效阻尼比ξ为0.20(等于支座等效阻尼比+其他原因引起结构耗能的阻尼比0.05)。根据桥墩大致均匀分摊地震力,全桥协同抗震的原则,假定设滑动支座的桥墩和设固定支座的桥墩地震力分担率分别为0.2、0.3。由于桥墩高度较低,导致其刚度较大、自振周期短。所以地震时主要能量集中在高频段,符合做减隔震设计的原则。

HDR高阻尼隔震支座型号选择

与普通乌兰浩特板式橡胶支座不同,在选择HDR隔震支座时,除了要考虑支座的竖向承载力外,还需考虑支座的水平刚度及阻尼。地震力急剧减少,约为非隔震状态的30%左右。当T=2s时,支座的近似位移为4.2cm。由于相关类型的HDR高阻尼支座的容许位移约在15cm以。

在不考虑桥梁隔震设计时,将上述模型中的固定支座及滑板支座分别更换为板式橡胶支座(GYZΦ450×84)及四氟滑板支座(GYZF4Φ350×74),进行E2地震响应下的非线性时程分析,并将其结果与隔震设计进行对比。

固定板式橡胶支座是通过橡胶的剪切变形来实现支座的位移,计算结果表明:采用普通板式支座状态时,E2地震下支座的计算位移大于普通板式橡胶支座的容许位移,普通板式支座不满足地震下位移和受力要求。支座在地震下有可能滑移、破坏或失效,主梁在地震下的受力难以保证。主梁在地震下的位移会进一步增大,产生不可恢复的变形,易发生落梁。采用HDR隔震支座时,E2地震下支座的计算位移小于HDR乌兰浩特高阻尼隔震橡胶支座的容许地震位移,且有较大富裕,支座满足地震下位移和受力要求。

所以,当采用HDR高阻尼隔震支座后,在桥梁上部结构与下部结构设置了隔震层,地震时上下部结构运动隔离,不同步。通过隔震支座滞回耗能有效地减少了桥墩承受的弯矩和剪力,降低了墩顶纵横向位移,取得了优异的减隔震效果。

传统的结构抗震方法,多是利用提高结构自身的抗力来抵抗地震作用。在高烈度地震区,桥墩刚度的提高,又必然导致地震力激增,会形成恶性循环。采用普通支座设计时,桥墩在地震作用下,往往进入塑性工作状态,震后需进行桥墩的维修加固工作,其抗震效果不理想。

在桥墩刚度较大时,采用合理的HDR高阻尼隔震支座设计,可以均匀分摊各桥墩的地震力,使全桥协同抗震。同时通过支座的滞回耗能,能有效地减小桥墩的位移、弯矩及剪力。采用HDR高阻尼隔震橡胶支座设计的桥梁,地震响应远小于非隔震设计的桥梁,可有效降低地震动输入的能量。因此,可以通过优化桥墩和桩基尺寸及配筋设计,降低桥梁造价。隔震设计的桥梁,在强震作用下,桥墩一般处于弹性或微塑性的工作状态,震后一般不需要维修加固。HDR高阻尼隔震橡胶支座具有良好的抗震性能。在桥墩刚度比较大、桥梁的基本周期比较短,或主要能量集中在高频段时,具有优异的隔震效果,极具推广价值。

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