減隔震橋梁性能設(shè)計方法及環(huán)境影響因素研究.pdf

1、橋梁結(jié)構(gòu)在多次強(qiáng)烈地震中均遭到嚴(yán)重破壞，減隔震技術(shù)已成為提高強(qiáng)震區(qū)橋梁抗震能力的重要手段，而我國的橋梁減隔震技術(shù)發(fā)展相對較晚，在設(shè)計理念上和設(shè)計方法上都存在較大的發(fā)展空間。本文以發(fā)展減隔震橋梁基于性能的抗震設(shè)計理論為目標(biāo)，在強(qiáng)調(diào)橋墩損傷控制概念基礎(chǔ)上力圖提出實用的基于位移設(shè)計方法，同時引入了基于保險絲和基于支座功能分離的設(shè)計理念。主要研究工作和認(rèn)識如下:
　　(1)歸納了國內(nèi)外經(jīng)受過地震考驗的多座隔震橋梁的抗震性能和震害表現(xiàn)，特別

2、分析了2008年汶川大地震和2011年東日本大地震中的隔震橋梁及支座的抗震性能，從中總結(jié)出減隔震設(shè)計需要注意的問題，包括減隔震設(shè)計方案選擇、設(shè)計方法與構(gòu)造要求、臨近斷層的設(shè)計挑戰(zhàn)、減隔震裝置耐久性等，還對中美日橋梁減隔震設(shè)計規(guī)范進(jìn)行了比較分析。
　　(2)結(jié)合中國抗震設(shè)計規(guī)范和減隔震支座技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提出一種適用于中等跨徑橋梁的基于位移的抗震設(shè)計方法。提出了選擇減隔震支座和估計設(shè)計目標(biāo)位移的方法，從串聯(lián)體系受力特點(diǎn)的角度給出了橋墩-支

3、座體系的位移分配方法，通過等效線性化方法將整個橋墩（橋臺）-支座-主梁體系轉(zhuǎn)換為等效單自由度體系，最終通過迭代實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)位移和位移需求的協(xié)調(diào)。設(shè)計中允許橋墩屈服，但通過控制損傷程度確保震后不需要修復(fù)。對36座不同跨徑、不同墩高的連續(xù)梁橋進(jìn)行減隔震設(shè)計，并通過動力時程分析驗證了設(shè)計方法的有效性。
　　(3)基于保險絲設(shè)計理念，提出設(shè)置屈曲約束支撐(BRB)的橋梁排架墩新型構(gòu)件，以提高橫橋向的抗震性能。推導(dǎo)出與剪跨比和墩柱間距與直徑

4、比相關(guān)的BRB核心段長度取值范圍;建立了設(shè)置保險絲的單自由度體系的彈塑性反應(yīng)譜基本方程，研究了設(shè)置保險絲體系的延性系數(shù)需求譜和強(qiáng)度折減系數(shù)譜及相關(guān)影響參數(shù);提出了設(shè)置BRB的橋梁排架墩基于位移的抗震設(shè)計方法，在分析設(shè)置BRB后排架墩的減震率基礎(chǔ)上，認(rèn)為保持較高的BRB屈服力與橋梁排架墩屈服力比值，同時使BRB盡早屈服將是比較合適的設(shè)計選擇。
　　(4)基于支座功能分離設(shè)計理念，針對具有速度脈沖效應(yīng)近斷層地震動下減隔震橋梁的抗震問題

5、，提出在高速鐵路橋梁中采用減震榫和拉索限位器、在公路橋梁中采用鉛芯橡膠支座和拉索限位器的組合減震系統(tǒng)。其通過減震裝置（減震榫或鉛芯橡膠支座）屈服耗能來減小橋梁地震反應(yīng)，用限位器來控制減震裝置的過大變形和防止落梁破壞。在性能抗震設(shè)計框架下，分別給出了減震裝置和拉索限位器在多遇地震、設(shè)計地震（偶遇地震）和罕遇地震下的多級性能目標(biāo)量化準(zhǔn)則，實現(xiàn)了臨近斷層高速鐵路橋梁和高烈度區(qū)(基本加速度峰值0.4g)臨近斷層公路橋梁的減隔震設(shè)計。
　　

6、(5)為考慮減隔震支座力學(xué)特性隨老化、環(huán)境溫度、擾動等因素（統(tǒng)稱“時效及環(huán)境因素”）的變化，以及對減隔震橋梁地震反應(yīng)的影響，首先介紹了國外規(guī)范及學(xué)者提出的支座特性修正系數(shù)、調(diào)整系數(shù)和界限分析方法，建立了適合我國隔震橡膠支座特點(diǎn)的力學(xué)特性修正過程。基于增量動力分析方法，考察了時效及環(huán)境因素對不同高度橋墩地震反應(yīng)的影響程度及其在不同墩高橋梁中的離散情況。結(jié)果表明:時效及環(huán)境因素對隔震橋梁地震反應(yīng)的影響較大，尤其是對處于0.2g～0.4g加速

7、度峰值下隔震橋梁較低墩的位移反應(yīng);對于采用鉛芯、高阻尼和超高阻尼橡膠支座的隔震橋梁，不考慮其影響則可能低估較低墩10％、50％和100％及以上的墩頂位移需求。
　　(6)針對斜交橋震害特點(diǎn)和低溫環(huán)境改變隔震支座力學(xué)特性的現(xiàn)象，研究了隔震斜交橋梁地震反應(yīng)與環(huán)境溫度及斜度的關(guān)系，考察了橋墩位移、墩底反力、碰撞力及梁體旋轉(zhuǎn)度與斜交橋斜度的關(guān)系、以及梁端碰撞力分布規(guī)律。結(jié)果表明:低溫引起的支座特性改變將會放大橋墩的地震反應(yīng)，若不考慮其影響