鐵路隔震橋梁隔震支座參數(shù)優(yōu)化分析與地震響應(yīng)分析

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1、鐵路隔震橋梁隔震支座參數(shù)優(yōu)化分析與地震響應(yīng)分析第?1?章?緒?論1.1?減隔震技術(shù)原理我國位于兩大地震帶上，由此可見，我國的地震之多。地震作為一個自然災(zāi)害，在我國時有發(fā)生，而且強度大，范圍廣，傷亡多，給我國帶來了巨大的災(zāi)難。尤其是最近幾年，大地震連續(xù)不斷，臺灣的集集地震、汶川地震等等，給我們帶來深重的危害[1]。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，給土木這個古老的專業(yè)又帶了新的無限生機。進入二十世紀以來，新材料的發(fā)展，給橋梁建設(shè)提供了新的發(fā)展動力。越建越長的橋梁，越來越多的橋梁形式，都意味著這個行業(yè)的蓬勃生機。隨著跨越能力的增

2、大，橋梁許多新的問題，也隨之出現(xiàn)。抗震就是其中的重中之重。最近幾十年以來，特別是點子計算機技術(shù)在仿真學(xué)上的應(yīng)用，對于大跨結(jié)構(gòu)的抗震分析提供了技術(shù)支持。地震工程的理論與實踐都在飛速的發(fā)展。基于橋梁抗震設(shè)計的結(jié)構(gòu)控制技術(shù)，開始在我國橋梁工程界得到日益重視，并逐步開展了橋梁減隔震設(shè)計研究工作。目前，我國的鐵路工程和公路工程抗震設(shè)計規(guī)范正在重新修訂，而城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范正在編制[2][3][4][5]。雖然橋梁的抗震得到了巨大的進步，但是最近這幾年大地震后，橋梁的倒塌依然是非常嚴重的。而橋梁不光是一個工具，它往往

3、在震后的抗震救災(zāi)中扮演著樞紐的作用，所以一旦橋梁遭到破壞，無法通行，必將增大震后的救災(zāi)難度，甚至無法進行救災(zāi)，這勢必增大地震帶來的損失，增加人員的傷亡。由此可見，橋梁抗震的重要性。但是對于地震作用，一直以來的觀念都是側(cè)重于“抗震”，即通過結(jié)構(gòu)設(shè)計，不斷增強結(jié)構(gòu)自身的抵御地震帶來的破壞作用的能力，來達到橋梁的抗震目的。當然，通常來說，設(shè)計人員通過結(jié)構(gòu)整體以及結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的設(shè)計來保證達到抗震的要求也是可行的，但是因為如此的抗震設(shè)計偏重于直接的“抗震”，必然會給結(jié)構(gòu)自身以及構(gòu)件本來帶來無法挽救的損傷。特別在某些特殊

4、的情況下，僅僅采用抗震的方法，是無法避免結(jié)構(gòu)損壞的。所以，循著這種思路，抗震向著另一條路走去，那就是減隔震——延性抗震，例如，基于減隔震裝置的結(jié)構(gòu)控制技術(shù)等。傳統(tǒng)的抗震設(shè)計，偏重于結(jié)構(gòu)自身的強度、剛度，必然會增加建筑的造價，而結(jié)構(gòu)控制技術(shù)卻不失為一種很好的方法，不但可以提高橋梁的抗震性能，而且還能節(jié)省造價。從當今橋梁及建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展來看，各種減隔震支座或裝置層出不窮，這又為抗震帶來了新的契機。從目前的來看，結(jié)構(gòu)控制技術(shù)最重要的就是減隔震技術(shù)，它不但方便、實用，而且非常先進、經(jīng)濟。1.2?減隔震系統(tǒng)的組成通過

5、前面的分析可知減隔震的技術(shù)原理，柔性支承、阻尼裝置和構(gòu)造措施三部分共同組成了一個完整的結(jié)構(gòu)減隔震系統(tǒng)。但是，這三個部分可以組合在一個共同體里面也可以分別設(shè)置中三個不同的個體。1.2.1?柔性支承裝置目前，在各類型結(jié)構(gòu)中，最常見的柔性支承為橡膠支座。但是橡膠支座剛開始在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，并不是為了延長結(jié)構(gòu)的周期，而是了滿足正常使用狀態(tài)下溫度等因素產(chǎn)生的位移要求。雖然橡膠支座在實際工程中的應(yīng)用已經(jīng)得到了廣泛的贊譽，但是隨著技術(shù)的發(fā)展的，各種不同形式的柔性支承還是不斷的出現(xiàn)，如，如滾軸、滑板、纜索懸吊、柔性套管樁

6、等[6]。1.2.2?阻尼裝置阻尼不僅能夠消耗地震帶來的能量又來限制結(jié)構(gòu)的位移變形。而且阻尼裝置也有各種不同的類型，例如黏滯阻尼、液壓摩擦阻尼；低碳鋼制成的扭梁、懸臂彎曲梁等耗能裝置；鉛制成的鉛擠壓和鉛純剪切變形裝置，他們的工作原理不一樣的，前面兩種的工作原理是摩擦耗能，而后面工作原理是滯回耗能。而滯回阻尼是最有效的耗能方式。它的特點就是在于利用材料的塑性變形，因為材料的變形有兩部分組成，一是彈性，二是塑性。在材料塑性的變形過程，地震帶來的能量就被材料的吸收了。摩擦耗能在于阻尼裝置在地震作用時，通過裝置的摩

7、擦來消耗能量，但是它與滯回阻尼相比有一個很大的缺點，就在于沒有自復(fù)位的能力，摩擦系數(shù)不易控制，所以當其完成了耗能之后也必然會存在一個較大的殘余變形。各種耗能裝置的滯回曲線如圖1.3所示。1.2.3?構(gòu)造措施縮小頻率、減小位移這正是減隔震裝置在結(jié)構(gòu)中的作用，所以其必須擁有足夠的柔度，才能滿足要求[7]?？墒侨绻谕夂奢d的作用下，又要保證結(jié)構(gòu)不能發(fā)生過大的變形已經(jīng)發(fā)生有害的振動，以滿足安全的需要。所以彈性支撐的材料屬性要求比較特殊，可以使用那些在應(yīng)變量低時剪切屬性大、在應(yīng)變量大時剪切屬性小的材料來達到上述既要有

8、足夠的柔度又滿足不發(fā)生大變形的要求[8][9]。除了這個方法之外，還可以使用其他一些破壞約束裝置，使它在一定水平力作用下發(fā)生破壞，以滿足設(shè)計要求[10][11]。第?2?章?橋梁的地震響應(yīng)分析理論2.1?地震反應(yīng)分析方法在實際的橋梁抗震反應(yīng)分析中，存在這諸多的不足，其中尤以實際地震強度記錄的缺少而最為薄弱。按工程應(yīng)用來說，其必須以地震場地運動為標準，但是因為現(xiàn)在的技術(shù)水平無法達到這個要求，所以現(xiàn)在這一塊還是非常薄