[發明專利]一種利用梁體提高橋梁抗震性能的方法

有效

• 申請號: 201610719699.6
• 申請日: 2016-08-24
• 公開（公告）號: CN106120545B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 楊吉忠;陶奇;胡連軍;馮讀貝;孟振華;楊國靜;王麗君;陳兆瑋;韓兆令;鄭小艷;鄭曉龍
• 申請（專利權）人: 中鐵二院工程集團有限責任公司
• 主分類號: E01D19/02
• 分類號: E01D19/02;E01D22/00
• 代理公司: 成都惠迪專利事務所(普通合伙)51215
• 代理人: 王建國

技術領域

本發明涉及橋梁抗震技術，更為具體地說，是涉及一種利用梁體提高橋墩抗震性能的方法，特別是適用于高墩大跨橋梁的抗震技術。

背景技術

橋梁抗震技術一直以來是專業設計人員關注的重點，特別是高墩大跨橋梁的抗震設計目前還沒有相關的標準規范。當前，常用的橋梁抗震方法主要有兩種，一種是通過增加橋墩結構自身的強度和變形能力來提高其抗震性能，即依靠墩體自身的損傷耗散地震能量，比如在墩身底部設置塑性鉸等。另一種常用方法是采用減隔震支座，一方面通過剪切變形或干摩擦消耗地震能量，另一方面通過降低剛度達到延長結構振動周期的方式耗散地震能量，在橋梁工程中得到了廣泛的應用。

我國西南、西北山區地形復雜，溝壑交錯，大部分處于高烈度地震區，跨越這些深溝峽谷時往往采用上部結構質量相對較輕、跨度較大的高墩橋梁，針對高墩橋梁的抗震設計存在如下兩個難點：一是由于高階振型對高墩地震反應的影響較大，地震作用下在墩身可能會形成多個塑性鉸區，比如在墩體的底部和中部同時出現，其位置難以事先判斷，使得高墩的延性設計比較困難，同時，強震作用下，墩體一旦產生破壞或損傷，修復極其困難，修復代價也較高；二是當前應用最廣的減隔震支座是通過延長結構振動周期的方式耗散地震能量，但是高墩橋梁屬于中長期結構，結構本身較柔，且對變形要求嚴格，不宜采用這種減振方式。同時，減隔震支座在豎直方向上的減振作用較為明顯，在水平面內抵抗變形的能力較弱，因此，減隔震支座在高墩橋梁抗震設計上的應用比較謹慎。

近年來，動力吸振器是發展得比較成熟的一種被動控制裝置，在建筑結構上應用較多。譬如，申請號為201420319835.9的中國專利公開了一種被動式動力吸振橋墩，利用動力吸振器的原理，在鐵路空心高墩橋梁中安裝附加質量塊，通過質量塊的位移耗能。但由于安裝空間有限，附加質量塊相對于橋墩的質量較小，抗震性能有待提升，且這種抗震方式，必須在墩體上引入一個外部的質量塊，通常質量在幾十上百噸，其安裝施工難度很大。

傳遞至橋梁建設場地的主要地震動頻率在0.5-10Hz左右，而大多數橋梁態將被激起，如果能將橋墩的主要參振模態進行約束或限制，則橋墩的振動位移和應力均會得到削弱。動力吸振器就是抑制結構共振的裝置，于1928年由Ormondroyd與Den Hartog提出，并在機械及土木結構中得到大量應用，也廣泛應用于橋梁拉索及梁體的振動控制中。近年來，也有學者(如蘭州交通大學陳興沖教授、同濟大學余錢華博士等)提出應用動力吸振器來抑制墩體在地震作用下的振動，眾所周知，影響動力吸振器減振效果的主要因素就是附加質量塊與結構本體之間的質量比，質量比越大，減振效果越好。但由于受墩身安裝空間的限制，附加質量較小，抗震效果一直得不到提升。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種利用梁體提高橋梁抗震性能的方法，在無需引入外部附加質量、無需在墩體上尋找安裝空間的條件下，有效消除橋墩在固有頻段的有害振動，減小墩體應力及提高橋墩抗震性能。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案如下：

本發明一種利用梁體提高橋梁抗震性能的方法，包括梁體、橋墩和設置于橋墩頂部與梁體縱向端部之間的支座系統，該方法包括如下步驟：

a、通過數值模態分析或實驗模態測試，獲得橋墩在縱向或橫向的自振頻率f_i、等效模態質量M_i及模態剛度K_i；

b、確定梁體的質量m_i；

c、通過下式計算出梁體與橋墩之間的連接剛度k_i：

d、通過下式計算出梁體與橋墩之間的連接阻尼c_i：

e、選用具備上述連接剛度k_i和連接阻尼c_i值的支座系統，即可通過梁體作為動力吸振器來提高橋墩抗震性能。

本發明的有益效果是，通過合理設置梁體與墩體之間在水平面內的連接剛度和阻尼，便可在橋墩結構固有頻率段上實現梁體的振動相位與墩體結構的振動相位相反，有效地消除墩體結構在該頻段的有害振動，實現減小高墩墩頂位移、墩身彎矩和應力之目的；結構簡單、易于實施，效果顯著，徹底改變了過去利用塑性鉸、減隔震支座和附加動力吸振器的現有抗震手段，可成為未來提高高墩橋梁抗震性能的重要手段。

附圖說明

本說明書包括如下四幅附圖：

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為一典型汶川地震波時域圖；