馮亞成

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，陜西西安710043)

0 引言

近年來世界范圍內(nèi)地震頻發(fā)，強震對結(jié)構(gòu)物造成了嚴(yán)重的損壞 (王克海，2007;葉愛君，2011;夏修身，陳興沖，2011)。橋梁作為生命線工程，其抗震設(shè)計受到越來越多的重視。相對普速鐵路橋梁，高速鐵路橋梁行車要求具有更高的平順性和穩(wěn)定性 (鄭健，2008)，因此對結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的剛度要求更大，而橋梁的良好抗震性能則要求結(jié)構(gòu)具有較大的柔度。在一些高烈度區(qū)，常規(guī)跨度的簡支梁橋，仍可通過增加橋墩及樁基截面尺寸或增強配筋的做法來達到抗震設(shè)防的目的，并且將工程造價控制在可接受的范圍內(nèi)。但對于大跨結(jié)構(gòu)如連續(xù)梁等，本身上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量很大，按照傳統(tǒng)的受力模式，地震時產(chǎn)生的水平慣性力幾乎全部由制動墩承擔(dān)，制動墩受力過大致使下部基礎(chǔ)數(shù)量龐大，工程造價成倍增加，且由于基礎(chǔ)增大，結(jié)構(gòu)剛度會增大，地震力亦會進一步增大，從而使抗震設(shè)計陷入惡性循環(huán)。因此行車要求的大剛度與地震要求的良好柔度之間的矛盾，在客運專線等高速鐵路橋梁設(shè)計中尤為突出。

近年來減隔震的設(shè)計理念逐漸被引入到大跨橋梁的抗震設(shè)計中 (范立礎(chǔ)，王志強，2001)，由于采用減隔震裝置延長結(jié)構(gòu)的周期或增加結(jié)構(gòu)的阻尼 (彭天波等，2007)，將地面輸入到結(jié)構(gòu)中的能量進行耗散或?qū)⒔Y(jié)構(gòu)與可能引起的地面運動分離開，減少了梁部傳遞給墩臺及基礎(chǔ)的地震力，大大減小了地震時橋梁結(jié)構(gòu)的響應(yīng) (劉書賢等，2014)，使得設(shè)計更為經(jīng)濟合理，結(jié)構(gòu)安全性能更高，得到越來越多工程師的推崇。

本文結(jié)合鐵路橋梁自身特點，介紹了3種常用的減隔震技術(shù)，并以某客運專線鐵路一聯(lián) (80+2×128+80)m連續(xù)梁的減隔震設(shè)計為例，計算分析了采用4種不同減隔震方案時結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移響應(yīng)，針對計算結(jié)果對4種減隔震方案的優(yōu)缺點進行了評價，為鐵路大跨連續(xù)梁橋的減隔震設(shè)計和分析提供參考。

1 減隔震技術(shù)及方案

目前，橋梁工程中使用的減隔震技術(shù)主要分為兩類:一是采用阻尼器增加結(jié)構(gòu)的阻尼來耗散能量，以減小結(jié)構(gòu)的位移并提高橋墩的抗震性能;二是采用減隔震支座延長結(jié)構(gòu)周期，從而減小地震反應(yīng)。結(jié)合鐵路橋梁的特點，將3種可用于鐵路橋梁減隔震裝置的特點和應(yīng)用介紹如下。

自開播以來，《香蜜沉沉燼如霜》這部本不被看好的仙俠劇頻上熱搜，楊紫在劇中扮演的錦覓：精致的巴掌臉，粉嘟嘟的嘴唇，纖細(xì)柔軟的身材……這還是那個土肥圓的傻妞嗎？從骨子里透著一股土氣的“小雪”逆襲成仙俠劇古裝女神，楊紫的變美秘籍是什么？

根據(jù)場地安評報告提供的3條罕遇地震下的人工地震波，50年超越概率2%的最大地震動峰值加速度達0.6 g，將地震波輸入到計算模型中，采用時程分析法計算結(jié)構(gòu)在各種減隔震方案下的響應(yīng)(圖5)。

1.1 液體黏滯阻尼器

液體粘滯阻尼器是一種類似車輛減震器的活塞筒狀裝置，其裝置內(nèi)填硅油，在活塞的往復(fù)運動中液體硅油起粘滯作用，耗散地震能量，對結(jié)構(gòu)起到耗能、減震控制作用 (陳永祁，2012)。這種內(nèi)置硅油的速度型阻尼器，性能相對可靠穩(wěn)定，并已經(jīng)發(fā)展成從規(guī)范、設(shè)計規(guī)程到分析計算程序、產(chǎn)品檢驗的完整體系 (UNI EN 15129—2009)。

粘滯阻尼器一般由活塞、油缸及節(jié)流孔組成，是利用活塞前后壓力使油流過節(jié)流孔產(chǎn)生阻尼力的一種減震裝置。目前常用的基于Maxwell模型粘滯阻尼器的力學(xué)特性一般關(guān)系可表達為

研究組患者的治療有效率顯著高于對照組，兩組患者的并發(fā)癥出現(xiàn)率比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），見表1。

1.3效果評判:顯效:臨床中患者的癥狀完全消失,患者的心功能有顯著的改善,血氣指標(biāo)正常;有效:患者的體征改善明顯,心功能改善1級,血氣指標(biāo)改善;無效:患者的癥狀沒有改善或者更加嚴(yán)重。

式中，F(xiàn)為阻尼力;C為阻尼系數(shù);V為阻尼器沖程速度;α為阻尼指數(shù)，其值范圍在0.1～2.0，從抗震角度看，常用值一般在0.2～1.0。

液體粘滯阻尼器自發(fā)明以來，經(jīng)歷了幾次技術(shù)革新，目前已較為成熟，滿足工程需要的各種不同參數(shù)的阻尼器在國內(nèi)外的重點橋梁工程中發(fā)揮著重要作用 (表1)。

表1 阻尼器在國內(nèi)外應(yīng)用的部分實例Tab.1 Parts of application examples of liquid viscous damper at home and abroad

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生且水平橫向力超過預(yù)定值時，限位裝置的抗剪銷和安全螺釘被剪斷，支座的橫向限位約束被解除，大半徑球面摩擦副橫向即可自由滑動，其平面尺寸主要由最大設(shè)計位移控制。該支座利用簡單的鐘擺機理延長了橋梁的自振周期，從而降低加速度反應(yīng);地震過后，結(jié)構(gòu)自重又可形成恢復(fù)力，幫助橋梁上部結(jié)構(gòu)回到原來的位置。通過調(diào)整支座轉(zhuǎn)動半徑可得到不同的減震效果，增加支座轉(zhuǎn)動半徑，減震效果增強，但同時也會增大支座的水平位移。

1.2 雙曲面減隔震支座

通過上面數(shù)據(jù)和圖表的對比分析，將各方案對大跨連續(xù)梁橋減隔震的控制效果列表如下，綜合考慮各種因素，在 (80+2×128+80)m連續(xù)梁的抗震設(shè)計中，方案3減隔震原理明確，實施效果好，且該方案減隔震裝置性能穩(wěn)定，可針對方案3橫向位移過大的問題繼續(xù)開展研究，采用適當(dāng)構(gòu)造措施如使用防落梁裝置限制橫向位移或調(diào)整阻尼器設(shè)置角度來解決，建議將方案3作為該橋減隔震設(shè)計的推薦方案。

由于王家會站歷年實測流量平均水深相對較小，河槽沖淤變幅最大為0.6 m，超過大部分實測流量平均水深的30%，故水位代表性較差，依據(jù)《河流流量測驗規(guī)范》（GB50179-2015）4.4.3條之規(guī)定，采用1992—2016年實測流量系列，按照流量進行劃分。

粘滯阻尼器產(chǎn)生的阻尼力與速度和溫度有關(guān)，在應(yīng)用這類阻尼器時應(yīng)予以注意。此外，油壓的調(diào)整、漏油、灰塵的侵入等也需采取相應(yīng)的措施，并進行必要的維護。由于粘滯阻尼器具有方向性，在其安裝設(shè)置時需考慮，而且制作加工精度要求高，較大體積的粘滯阻尼器制作、安裝較為困難。

雙曲面球型減隔震支座系列產(chǎn)品已經(jīng)在蘇通長江大橋、上海崇明越江通道長江大橋、福廈鐵路烏龍江特大橋、佛山平勝大橋、荊岳長江大橋等大型橋梁工程中投入應(yīng)用。

初始狀態(tài)時，納米氧化硅和納米氧化鈣顆粒填充在膨潤土顆粒之間；吸濕初期，納米氧化鈣溶于水，而納米氧化硅顆粒不溶于水，一部分填充在蒙脫石顆粒之間，一部分進入蒙脫石晶層，且納米氧化硅顆粒吸附水膜，增大了混合物吸附水的能力。吸水飽和后，水化后的納米氧化鈣、納米氧化硅與黏土礦物發(fā)生反應(yīng)，生成了穩(wěn)定的膠凝物質(zhì)團(顆)粒，團(顆)粒之間的離子交換作用會抑制膨潤土的膨脹。納米氧化硅在混合物中起到充填作用。

1.3 鉛芯阻尼器

鉛芯阻尼器充分利用鉛具有密度大、熔點低、塑性高、強度低、潤滑能力強等特點，同時由于鉛具有較高的延性和柔性，在變形過程中可以吸收大量的能量，并且具有較強的變形跟蹤能力，通過動態(tài)恢復(fù)和再結(jié)晶過程，其組織和性能還可恢復(fù)至變形前的狀態(tài) (周云等，1999)。因此鉛芯阻尼器具有以下優(yōu)點:(1)使用壽命不受限制;(2)提供的阻尼力可靠;(3)對位移變化敏感;(4)構(gòu)造簡單，工作中不需維護。但它具有恢復(fù)性差和易對環(huán)境造成污染等缺點。

中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司減隔震攻關(guān)小組利用“支座功能分離”的設(shè)計理念，已成功開發(fā)了簡支梁上使用的減震榫裝置 (李承根，高日，2009)。在此基礎(chǔ)上，沿用“支座功能分離”的設(shè)計理念，采用球型鋼支座提供豎向支撐，將鉛芯橡膠支座改造成為疊層鋼環(huán)內(nèi)裝鉛芯的構(gòu)造裝置，此裝置水平向利用鋼環(huán)的水平間隙發(fā)生大的變形來滿足地震時的位移需要，同時裝置內(nèi)的鉛芯發(fā)生重結(jié)晶耗散地震能量。初步的試驗結(jié)論表明該裝置具有較大的耗能能力。

(1)信息技術(shù)安全弱。技術(shù)風(fēng)險是互聯(lián)網(wǎng)金融相比傳統(tǒng)金融尤為突出的一種風(fēng)險。由于其載體是互聯(lián)網(wǎng)，因此本身在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)就十分顯著的技術(shù)風(fēng)險便傳導(dǎo)至互聯(lián)網(wǎng)金融理財領(lǐng)域?；ヂ?lián)網(wǎng)金融企業(yè)的用戶信息全部存放在互聯(lián)網(wǎng)平臺上，安全極難得到保障，一旦被黑客攻破，數(shù)據(jù)信息便可被任意修改或刪除，從而造成無法估量的損失。造成互聯(lián)網(wǎng)金融技術(shù)風(fēng)險的主要原因是互聯(lián)網(wǎng)金融平臺由于資金短缺，無法做到設(shè)備的物理隔離、數(shù)據(jù)信息的備份和不同機房間的無縫切換。

1.4 4種減隔震方案

根據(jù)幾種減隔震裝置的特點介紹，結(jié)合 (80+2×128+80)m連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、受力和場地特點，制定了4種減隔震方案:(1)縱向設(shè)置粘滯阻尼器;(2)采用雙曲面球型減隔震支座;(3)縱向設(shè)置粘滯阻尼器+雙曲面支座方案;(4)鉛芯阻尼器方案。在優(yōu)化各方案減隔震裝置參數(shù)的基礎(chǔ)上，分別采用4種方案對該鐵路連續(xù)梁橋進行動力仿真模擬，提取計算結(jié)果對各方案進行綜合評價分析。

隨著國際旅游者行為研究的不斷深入，國內(nèi)相關(guān)研究的視角選擇也更加開放化、多元化、國際化。學(xué)者們多從社會學(xué)、人類學(xué)、倫理學(xué)的學(xué)科大背景切入，從倫理道德、后現(xiàn)代、人地關(guān)系等微觀視角出發(fā)，發(fā)現(xiàn)旅游現(xiàn)象背后隱藏的深層次內(nèi)涵，不斷拓展對旅游現(xiàn)象的多元化認(rèn)識。

2 動力計算模型

2.1 分析模型

本文以某高速鐵路一聯(lián) (80+2×128+80)m連續(xù)梁為例，橋址位于地震動峰值加速度0.3 g的高烈度地震區(qū)，場地特征周期T g=0.55 s，上部結(jié)構(gòu)梁體重達28 000 t。該橋具有跨度大、上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量重、場地地震烈度高3個明顯特點。全橋采用三維空間梁單元模型，阻尼器采用基于Maxwell模型的滯后系統(tǒng)進行模擬，雙曲面減隔震支座采用摩擦擺及間隙和鉤單元模擬，有限元模型如圖4所示。

2.2 地震動輸入

建議對業(yè)績較好，已經(jīng)有一定影響力和市場信譽度的科研眾包平臺，通過認(rèn)定的方式授予平臺相關(guān)資質(zhì)，允許一些財政資助的科研項目或科研項目的子課題在平臺上發(fā)包，或是由財政資助的科研項目產(chǎn)生的科技成果在平臺上實施轉(zhuǎn)化。一方面可以讓財政資助的科研項目找到最佳的接包方，實現(xiàn)科技資源的最優(yōu)配置；另一方面，通過適當(dāng)?shù)男姓侄?，可以幫助科研眾包平臺樹立平臺的公信力和影響力，進而打造出具有高認(rèn)可度的科研眾包品牌。

3 4種方案分析比較

將上述4種減隔震方案的計算結(jié)果按照縱橋向和橫橋向分別進行對比分析，評價各種方案對墩身內(nèi)力及結(jié)構(gòu)位移的減隔震效果。

如圖12和表7所示，對于1# 錨鏈力，工況4下其錨鏈力響應(yīng)大小范圍為809～1 170 kN，且出現(xiàn)較大的起伏波動，平均錨鏈力相當(dāng)于工況1下增加了7.36%。工況4、工況5和工況6下，2# 錨鏈響應(yīng)變化較小，平均錨鏈力為145 kN。工況4下，達到最大值193 kN。1# 艙室破損對3# 錨鏈力影響明顯，如圖12-(c)所示，3# 錨鏈最大張力值達到了1 180 kN，相較于工況1(正常組)最大錨鏈力，增幅達到了21.9%。

3.1 縱橋向地震響應(yīng)

針對墩頂?shù)目v向水平力、墩底彎矩進行對比分析，對比結(jié)果見圖6、7。

由圖6a可以看出，就各墩墩頂水平力的大小和分布而言，采用方案2即采用雙曲面球型減隔震方案效果最佳，不僅各墩的水平力分配較為均勻，而且各墩墩頂水平力也是這4種方案中相對最小的;方案1與方案3兩種方案的效果基本相當(dāng);方案4采用鉛芯阻尼的效果的位于方案2與方案1、3之間。從減震的效果來看，4種方案的減震效果均較為理想，均可以將次主墩、主墩的墩頂縱向水平力控制在23 000 kN以內(nèi)，可將過渡墩的墩頂縱向水平力控制在13 000 kN內(nèi)。由圖6b可以看出，除1號墩的彎矩比其它幾種方案大外，方案2其余橋墩縱向彎矩均比其余方案小。4號墩幾種方案的彎矩均比較接近，相差最大的為2、3號墩，采用阻尼器+雙曲面的方案時，2、3號墩墩底彎矩比單獨采用阻尼器或單獨采用雙曲面支座的都大，說明結(jié)構(gòu)設(shè)計中減隔震措施要設(shè)置適當(dāng)。一個結(jié)構(gòu)中同一部位的減隔震措施并不是越多越好，還涉及到各減隔震措施之間能否協(xié)同工作，需慎重考慮。

3.2 橫橋向地震響應(yīng)

圖6c給出了不同方案下橋墩墩頂橫向水平力的對比，由于方案1僅在縱橋向設(shè)置阻尼器，因此橫橋向的墩頂水平力與未采用減隔震方案的相同?？梢钥闯鲇捎诓捎昧穗p曲面球型減隔震支座，延長了結(jié)構(gòu)周期，方案2和方案3實施后墩頂橫向水平力得到很大幅度的降低，方案4由于鉛芯的高耗能能力，也使墩頂水平力降低很大;且采用方案2、3、4后，各墩橫向受力較未采用減隔震方案前更為均勻。圖6d得到的墩底橫橋向彎矩圖與圖8的變化趨勢一致。

3.3 結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)

圖7給出了4種方案下和未采用減隔震方案前 (80+2×128+80)m連續(xù)梁順橋向、橫橋向位移的對比圖。分析時考慮到結(jié)構(gòu)構(gòu)造及梁縫的設(shè)置，認(rèn)為縱向位移宜控制在30 cm以內(nèi)，否則可能使梁體發(fā)生碰撞損傷或相鄰孔發(fā)生落梁危害。由圖7可以清楚看到，無減隔震方案下，縱橫向位移均較小，但橋墩和基礎(chǔ)受力最大，橋墩可能發(fā)生倒塌破壞;采用方案1縱向位移可以得到保證，橫向位移較小的原因是由于橫向約束未放開的緣故，是以橋墩橫向承受很大地震力為代價的;采用方案2即雙曲面支座，周期延長，地震力減小，支座發(fā)生大位移，縱、橫向位移均較大，無法保證結(jié)構(gòu)的合理性;方案3在雙曲面支座基礎(chǔ)上縱向設(shè)置阻尼器，控制了縱向位移，但橫向位移仍過大;方案4采用鉛芯阻尼的方案對縱、橫向位移控制相比其他方案是4種方案中最好的。

雙曲面球型減隔震支座是在球型支座基礎(chǔ)上，用大半徑球面摩擦副代替平面摩擦副，并設(shè)置抗剪裝置而形成的一種新型支座 (圖2)，彭天波等(2007)對其進行了深入的理論分析和試驗研究。雙曲面球型減隔震支座的減隔震原理與FPS減隔震支座相同 (焦馳宇等，2007)，均為摩擦鐘擺原理。雙曲面球型減隔震支座在地震不發(fā)生的情況下，其功能與普通球型支座一致，可滿足橋梁的正常運行。

表2 不同方案下減震效果的比較Tab.2 Comparison of seismic mitigation effects for different schemes

4 結(jié)論

針對高烈度地震區(qū)客運專線等高速鐵路大跨連續(xù)梁橋的抗震設(shè)防遇到的設(shè)計難題，采用減隔震設(shè)計思想，將液體粘滯阻尼器、雙曲面球型減隔震支座及鉛芯阻尼器等方法綜合運用于某高速鐵路大跨連續(xù)梁橋中，通過計算分析得出以下主要結(jié)論:

(1)橋梁主梁與墩臺之間設(shè)置液體粘滯阻尼器，可以有效的減小縱橋向的地震響應(yīng)，控制縱橋向梁體位移;也可在設(shè)計時結(jié)合墩頂與梁體的空間位置，縱橫兩個方向一起設(shè)置阻尼器同時改善橋梁兩個方向的受力。

(2)雙曲面球型減隔震支座具有性能穩(wěn)定、位移可自恢復(fù)等優(yōu)點，且能同時改善橋梁兩個方向的受力，在高烈度地震區(qū)大跨橋梁的減隔震設(shè)計中有廣闊的應(yīng)用前景，但同時存在位移過大的問題，應(yīng)采取相應(yīng)措施予以解決，如可通過縱橋向加阻尼器、橫橋向設(shè)防落梁等措施限制位移。

(3)鉛芯阻尼器充分發(fā)揮了鉛的高耗能和重結(jié)晶的特性，具有很大的耗能能力，發(fā)展?jié)摿薮?，但目前正處于試驗階段，可繼續(xù)深化研究。

陳永祁.2012.橋梁工程液體黏滯阻尼器設(shè)計與施工［M］.北京:中國鐵道出版社.

范立礎(chǔ)，王志強.2001.橋梁減隔震設(shè)計［M］.北京:人民交通出版社.

焦馳宇，胡世德，管仲國.2007.FPS抗震支座分析模型的比較研究［J］.振動與沖擊，26(10):113-117.

李承根，高日.2009.高速鐵路橋梁減震技術(shù)研究［J］.中國工程科學(xué)，11(2):81-86.

劉書賢，魏曉剛，張弛，等.2014.基于隔震技術(shù)的橋梁結(jié)構(gòu)抗采動變形抗地震保護［J］.地震研究，37(1):86-93.

彭天波，李建中，范立礎(chǔ).2007.雙曲面球型減隔震支座的開發(fā)及應(yīng)用［J］.同濟大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，35(2):176-180.

王克海.2007.橋梁抗震研究［M］.北京:中國鐵道出版社.

夏修身，陳興沖.2011.橋梁震害分析及合理抗震體系研究［J］.工程抗震及加固改造，33(6):132-136.

葉愛君.2011.橋梁抗震［M］.北京:人民交通出版社.

鄭健.2008.中國高速鐵路橋梁［M］.北京:高等教育出版社.

周云，周福霖，鄧雪松.1999.鉛阻尼的應(yīng)用和研究［J］.世界地震工程，15(1):53-61.

UNI EN 15129—2009，Anti-seismic devices［S］.