[發明專利]一種高速鐵路橋梁組合減震系統及其設計方法

無效

• 申請號: 201410441128.1
• 申請日: 2014-09-01
• 公開（公告）號: CN104153288A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 石巖;王東升;孫治國;華承俊
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: E01D19/04
• 分類號: E01D19/04;E01D19/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 曲永祚;李洪福

技術領域

本發明屬于橋梁工程技術領域，涉及一種組合減震系統及其抗震設計方法，更具體地說，是涉及一種采用抗震棒和拉索限位器的高速鐵路橋梁組合減震系統及其抗震設計方法。

背景技術

我國高速鐵路運行里程和建設規模已居世界前列，目前正逐步向西部省份延伸。我國西部地形多為山區，新構造活動強烈且斷層(斷裂帶)發育廣泛，大的活動斷層可綿延數百乃至上千公里，具有高地震危險性。高速鐵路建設中橋梁占相當大的比重，在西部其臨近或穿越活動斷層將不可避免，同時還可能存在未探明的隱伏活動斷層的影響，抗震問題突出。1999年建設中的臺灣高速鐵路遭遇了Ms7.6級集集地震，隨即提高了抗震設防要求，在設計地震動方面則考慮了具有速度脈沖效應的近斷層地震動，其被認為是地震中較多公路橋梁嚴重破壞的主因。當前我國高速鐵路橋梁抗震設計仍主要依據《鐵路工程抗震設計規范》(GB50111-2006)，至2009年局部修訂時將高速鐵路橋梁抗震納入，尚缺少對近斷層地震動的特殊考慮。

橋梁減隔震設計是通過合適裝置來延長結構周期和消耗地震能量，從而有效降低橋梁地震反應的一種技術手段。據統計至上世紀末已建成上百座減隔震橋梁，多為公路橋梁及采用鉛芯橡膠支座和高阻尼橡膠支座減震方案，但在鐵路橋梁中也應用和研究。部分臨近發震斷層橋梁也經受了地震考驗，如土耳其的Bolu高架橋、冰島的Thjorsa?River橋和Oseyrar橋，盡管遭受一定破壞，但也表明在具有速度脈沖效應的近斷層地震動作用下仍具有較好的減震效果，若不采用減震設計可能情況更為糟糕。高速鐵路橋梁對支座及梁體的橫向位移限值的要求非常嚴格，上述裝置由于豎向或橫向剛度的不足，使其很難適用于高速鐵路橋梁的減震設計(于芳，溫留漢·黑沙，周福霖.設置限位器的雙向隔震鐵路橋梁動力響應特性研究[J].土木工程學報.2010(S1):345-351.)。

日本高速鐵路發展較早(新干線于1964年建成通車)且地震頻發，橋梁抗震設計值得借鑒，特別是支座和位移限位系統“功能分離(Functional?separation)”的設計理念，其認為地震時支座受力復雜及易于損壞，要求支座僅滿足正常使用下豎向承載及適應梁體水平、轉動變位，而地震下梁體位移則由限位系統承受，包括各類鋼制剪力健、沖擊鎖定(液體阻尼裝置)等。臺灣高速鐵路橋梁中也采用了支座+限位剪力鍵的支承體系(張多平.鄭西客運專線渭南渭河特大橋設計綜述[J].鐵道標準設計.2009(11):43-48.)。

目前“功能分離”支座設計理念已初步被我國高速鐵路設計人員接受，認為是提高大震下橋梁耗能能力及實現減震設計的重要方法(張多平.鄭西客運專線渭南渭河特大橋設計綜述[J].鐵道標準設計.2009(11):43-48；李承根，高日.高速鐵路橋梁減震技術研究[J].中國工程科學.2009,11(1):81-86.)。但是，高速鐵路橋梁相比公路橋梁對梁體位移控制指標要嚴格得多，采用抗震棒的高速鐵路橋梁，因抗震棒屈服后剛度很低，在罕遇地震下將難以有效控制墩梁相對位移，特別是在具有速度脈沖波形的近斷層地震動作用下更為致命(王炎，謝旭，申永剛.近場地震作用下鐵路減震橋梁地震響應研究[J].鐵道學報.2012,34(12):102-109.)。當前的基于功能的抗震設計缺乏完善的設計方法，也沒有引入拉索限位器來控制墩梁相對位移。

發明內容

本發明提出采用抗震棒和拉索限位器構成組合減震系統，在性能抗震設計框架下提供一種組合減震系統在多遇地震、設計地震和罕遇地震下的設計準則和方法,其技術效果能夠克服上述缺陷，。

為達到以上目的，通過以下技術方案實現的：

一種高速鐵路橋梁組合減震系統，包括：橋梁結構體系和減震結構體系；其中橋梁結構體系包括：主梁、橋墩、設置于橋墩頂部的墊石和設置于墊石頂部用于支撐主梁的支座；

減震結構體系包括，抗震棒和拉索限位器；

抗震棒采用低屈服鋼制成，且由錨固段和變形段組成，錨固段錨固在橋墩中，變形段端部呈球狀并伸入到主梁中與主梁鉸接；

拉索限位器是將鋼絞線連接于主梁和橋墩之間，在橋墩左右各設置一個拉索限位器；

上述技術方案，基于功能分離式支座設計理念提出；

抗震棒的截面形狀和大小根據實際結構確定；

在橋墩左右各設置一個拉索限位器，連接在橋墩與主梁間(通常通過輔件連接于主梁下端面)。

支座為具有較高豎向承載力活動盆式支座，置于墊石頂部和主梁之間，支座提供豎向承載力、具有一定的水平滑動變形能力。