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摘要：橋梁減震在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)是必須要考慮到的關(guān)鍵問題，所謂的減隔震技術(shù)是指通過采用減隔震裝置來(lái)盡可能的將結(jié)構(gòu)或構(gòu)件與可能引起破壞的地震地面運(yùn)動(dòng)或支座運(yùn)動(dòng)分離開來(lái)，大大減少傳遞到結(jié)構(gòu)中的地震力和能量。隨著研究的深入，減隔震技術(shù)已不單單應(yīng)用于新建橋梁的抗震設(shè)計(jì)中并且正在廣泛的應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)中。

關(guān)鍵詞：減隔震；機(jī)械式溶斷；球鋼支座；橋梁

一、前言

2008年汶川地震后，橋梁及建筑物的震害及抗震技術(shù)的需求，越來(lái)越多地引起人們的關(guān)注。國(guó)家頒布JTG/TB02—0l一2008《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》，明確規(guī)定橋梁工程應(yīng)兩水準(zhǔn)設(shè)防和兩階段設(shè)計(jì)，橋梁的減隔震技術(shù)也迅速發(fā)展。通過引人減隔震裝置改變結(jié)構(gòu)在地震中的動(dòng)力響應(yīng)，在強(qiáng)震下降低上部結(jié)構(gòu)傳遞至下部結(jié)構(gòu)的地震力。從而達(dá)到橋梁減震的效果。

二、橋梁減隔震支座的發(fā)展現(xiàn)狀

自汶川地震后，橋梁的減、隔震設(shè)計(jì)得到重視，我國(guó)先后修訂了公、鐵路橋梁的抗震設(shè)計(jì)規(guī)程，對(duì)橋梁支座的減隔震提出了相應(yīng)的要求。為我國(guó)橋梁減、隔震支座的發(fā)展提供了良好的契機(jī)。我國(guó)公、鐵路橋梁設(shè)計(jì)依據(jù)的抗震規(guī)程主要有：

1、GB50111—2006鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)程；

2、JTG/TB02—0l一2008公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則。根據(jù)GB50111-2006鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)程，鐵路橋梁抗震按三階段設(shè)計(jì)，即：

（1）多遇地震（50年）：地震后不損壞或輕微損害，能夠保持正常使用功能，結(jié)構(gòu)處于彈性工作階段；

（2）設(shè)計(jì)地震（475年）：地震后可能損害，經(jīng)修復(fù)，短期內(nèi)能恢復(fù)正常使用功能，結(jié)構(gòu)整體處于非彈性工作階段；

（3）罕遇地震（2475年）：地震后產(chǎn)生較大破壞，但不出現(xiàn)整體倒塌，經(jīng)搶修后可限速通過，結(jié)構(gòu)處于彈塑性工作階段。

根據(jù)以上要求，鐵路橋梁的減隔震支座應(yīng)滿足以下安全性要求：

（1）在多遇地震作用下，橋梁結(jié)構(gòu)的抗震安全應(yīng)滿足GB50111-2006鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)程的要求，減、隔震支座的耗能機(jī)構(gòu)不應(yīng)影響結(jié)構(gòu)的正常使用功能；

（2）在設(shè)計(jì)地震作用下，橋梁連接構(gòu)件的抗震安全應(yīng)滿足GB5011l一2006鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)程的要求，減、隔震支座的位移鎖定裝置得到釋放，耗能作用在地震中得到有效發(fā)揮，支座的地震位移小于容許位移；

（3）在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)的抗震性能應(yīng)滿足以下要求：①橋墩的延性比滿足GB50111-2006鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)程的相關(guān)要求，隔震橋梁鋼筋混凝土橋墩的容許廷性比取2.4；②減、隔震支座的最大位移必須小于裝置的容許位移；③減、隔震支座與橋梁之間連接構(gòu)件的強(qiáng)度滿足安全要求。

三、橋梁減震設(shè)計(jì)

1、減隔震技術(shù)并不是適合應(yīng)用于各種情況。場(chǎng)地比較軟弱、不穩(wěn)定、或延長(zhǎng)橋梁結(jié)構(gòu)周期后容易發(fā)生共振等情況，不宜使用隔震技術(shù)。因此，在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)之前需要判斷該橋是否適合采用隔震技術(shù)。經(jīng)研究表明，只要滿足下面任何一條條件，就可以嘗試采用隔震技術(shù)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。

（1）地震波的角度：適用于能量集中于高頻的波。

（2）結(jié)構(gòu)的角度：橋梁是高度不規(guī)則的，例如相鄰橋墩的高度顯著不同，因而可能存在對(duì)某個(gè)墩延性要求很高的情況。

（3）場(chǎng)地的角度：對(duì)于給定的場(chǎng)地，預(yù)期地面運(yùn)動(dòng)特性比較明確，具有較高的卓越頻率和在長(zhǎng)周期范圍內(nèi)所含能量較低。

2、存在以下情況之一的橋梁，不宜采用減隔震設(shè)計(jì)：

（1）地震作用下，場(chǎng)地可能失效；

（2）下部結(jié)構(gòu)剛度小，橋梁的基本周期比較長(zhǎng)；

（3）位于軟弱場(chǎng)地，延長(zhǎng)周期可能引起地基與橋梁共振；

（4）支座中可能出現(xiàn)負(fù)反力時(shí)。

四、機(jī)械式熔斷裝置的結(jié)構(gòu)、工作原理

熔斷裝置根據(jù)工作原理分為液壓熔斷裝置和機(jī)械熔斷裝置，液壓熔斷裝置是在液壓油缸上設(shè)置1個(gè)溢流閥，當(dāng)油缸所受壓力小于溢流閥的開啟壓力時(shí)剛性連接，當(dāng)壓力大于溢流閥開啟油缸可以自由運(yùn)動(dòng)。

剪斷裝置下座板固結(jié)于橋墩上，上座部固結(jié)到梁體上，梁體的水平荷載（如：制動(dòng)力、風(fēng)荷載、多遇地震力等）通過上座部傳遞給剪力銷軸，再通過剪力銷傳遞給下座板，而下座板與橋墩相連，實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)營(yíng)工況的約束、限位。但烈度較大的地震發(fā)生時(shí)，剪力銷所承受的剪應(yīng)力值超過自身強(qiáng)度而發(fā)生剪切破壞，梁體與橋墩的連接得到釋放，實(shí)現(xiàn)機(jī)械式熔斷環(huán)的工作原理。

熔斷裝置的力需要嚴(yán)格控制在一定范圍內(nèi)，通常為設(shè)計(jì)力的±10%，剪切破壞面應(yīng)在預(yù)定的位置，對(duì)剪力銷和熔斷裝置的材料及設(shè)計(jì)要求較高。剪力銷在剪切面處設(shè)置v形口，嚴(yán)格控制最小直徑處的尺寸，這樣可以精確控制銷軸在純剪切作用下的作用力。

在熔斷裝置上增加抗彎螺栓，通過螺栓抗拉抵消銷軸彎曲拉應(yīng)力，使得熔斷裝置中的銷軸保持在純剪切位置。

五、熔斷力設(shè)計(jì)控制與實(shí)驗(yàn)

熔斷裝置性能判斷標(biāo)準(zhǔn)之一：裝置熔斷力的精度，在很大程度上依賴于剪力銷剪斷強(qiáng)度。剪力銷尺寸按照純剪切設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)熔斷力控制按照式（1）計(jì)算：

式中：為剪力銷最小截面積，為剪力銷材料剪應(yīng)力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

由式（1）可知，當(dāng)橋梁工程需要某一熔斷力時(shí)，調(diào)整剪力銷最小截面積，即銷軸最小截面的半徑而對(duì)于橋梁需求熔斷裝置的熔斷力較大時(shí)，通過多個(gè)剪力銷組合，熔斷力為剪力銷的數(shù)量乘上單個(gè)剪力銷的熔斷力。剪力銷設(shè)計(jì)完成后，需要進(jìn)行試制和在材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)工裝構(gòu)造尺寸需要與熔斷裝置的上、下座板尺寸一致。

六、機(jī)械式熔斷裝置在兩港公路大治河橋中的應(yīng)用

以大治河橋?yàn)槔?，其采用彈塑性阻尼器減隔震技術(shù)，在E1地震作用下，要求上下部的連接與靜力狀況一致，結(jié)構(gòu)保持彈性；在超過E1地震作用時(shí)，上下部相對(duì)位移，彈塑性阻尼器起作用。這就需要上下部的連接有一個(gè)開關(guān)（熔斷裝置）區(qū)分2個(gè)階段。大治河橋?yàn)橹骺?58m的預(yù)應(yīng)力混凝土魚脊梁橋，橋?qū)?5m，上部結(jié)構(gòu)重量近4萬(wàn)t，橋墩高度低，剛度大，周期短，抗震設(shè)計(jì)采用減隔震，在強(qiáng)震下采用彈塑性阻尼器的減隔震技術(shù)，在超過E1地震作用時(shí)，上下部相對(duì)位移，彈塑性阻尼器起作用。為此在橋梁的上下部連接中設(shè)置熔斷裝置，在靜力狀態(tài)及多遇地震工況，上下部連接可靠；強(qiáng)震工況，上下部的連接熔斷，橋梁轉(zhuǎn)化為減隔震的外約束體系。

兩港公路大治河橋工程的熔斷裝置用于固定墩的上下部連接的縱向限位，其功能：正常工況、制動(dòng)力、多遇地震力約束縱向位移，強(qiáng)震時(shí)熔斷釋放橋梁上下部的縱向連接，彈塑性鋼阻尼器發(fā)揮減隔震作用。該橋設(shè)置2種型號(hào)熔斷裝置，設(shè)計(jì)熔斷力分別為15000kN，6500kN，為節(jié)約成本、方便安裝，將熔斷裝置與橋梁支座結(jié)合一體。

七、結(jié)束語(yǔ)

熔斷裝置是隨著橋梁“減隔震設(shè)計(jì)”而出現(xiàn)的新型橋梁構(gòu)件，主要有液壓熔斷和機(jī)械式熔斷2種裝置，機(jī)械式熔斷裝置主體材料為鋼材，較液壓熔斷裝置具有可靠性高、耐久性好和免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。本文介紹的機(jī)械式熔斷裝置已成功應(yīng)用于兩港公路大治河橋，具備較好的橋梁減震的效果，因此，橋梁減震中熔斷裝置在橋梁工程中的減震應(yīng)用中具有一的定指導(dǎo)、推廣作用。