4.减隔震技术在桥梁工程中的应用实例
减隔震技术在中国的应用－摩擦型支座
佛山平胜大桥
4.减隔震技术在桥梁工程中的应用实例
减隔震技术在中国的应用－摩擦摆支座
苏通大桥
横桥向用柱面，双向用球面
4.减隔震技术在桥梁工程中的应用实例
4.减隔震技术在桥梁工程中的应用实例
减隔震技术在中国的应用－铅芯橡胶支座
桥梁名称 石家庄新津桥 南疆布谷孜桥 澳门澳凼第三 （西湾）大桥 西藏柳梧大桥
宜昌大桥
西藏林芝大桥 厦门同安湾大桥 叶溪河大桥 厦门杏林大桥 广东东沙大桥
晋江大桥引桥
西安咸阳国际机场专 用高速公路桥梁 广东南澳大桥
建成日期 1998 1999
高阻尼橡胶支座
高阻尼橡胶支座实验滞回曲线
3.典型的减隔震装置
铅芯和高阻尼支座的异同
材料不同：铅芯支座（普通橡胶，使用铅 棒），高阻尼支座（高阻尼橡胶，无铅 棒）； 屈服力不同：铅芯屈服力较大； 阻尼比不同：高阻尼（8%——15%），铅芯 （10%——20%以上） 使用性能上无本质区别，均适用于中小跨径 桥梁，但高阻尼支座绿色环保，无二次污染 问题，价格略高5%左右，是未来发展方向。
《铁路工程抗震设计规范》2009
《城市桥梁抗震设计规范》2009（征求意见稿）
《橡胶支座》
2007(GB20688，共四部分)
《建筑抗震设计规范》2010
《建筑工程抗震性态设计通则及条文说明》2004
《建筑消能阻尼器》2007
欧美日等于上世纪90年代已编制相关标准
相关国际标准如ISO 22762《Elastomeric
Ag=(0.1～1.5)秒 3.支座变形能力差 4.未设置具有耗能能力的防落梁措施
1.问题的由来
对策
1.采用传统抗震设计:”硬抗” 加大断面及配筋,刚度大,地震力大(循环)。 仍为主流方法，但有时难以满足要求
2.采用减隔震设计:”以柔克刚” 延长结构基本周期,降低结构的地震响应，减少地震能
量的输入，隔离和消耗地震能量。
T 2 M / K C
P(t)
M
K
被动控制
（铅芯、高阻尼）橡胶支座
改变
改变
摩擦摆支座（FPB）
改变
改变
钢阻尼器(Steel Damper)
改变
改变
粘滞流体阻尼器（VFD）
改变
调谐质量阻尼器（TMD）
改变
改变
改变
主动控制
改变
改变
改变
2.减隔震技术的概念与机理
相关规范(国内)
《公路桥梁抗震设计细则》2008
2.减隔震技术的概念与机理
传统结构水平刚度大 频率比ω/ωn=0.8～1.5 地震动放大系数Ra=2 ～3
隔震结构水平刚度小（柔性支座） 频率比ω/ωn=3～8 地震动放大系数Ra= 1/2～1/8
2.减隔震技术的概念与机理
隔震设计的基本规律：
隔震装置的水平刚度越小，则自振周期延长地越长，上 部结构的加速度（或剪力）的减小效果越好；但会增加结 构的位移响应； 增加结构的阻尼，会减小上部结构的加速度（或剪力） 响应，同时也会减小结构的位移增加趋势。因此，增加结 构的阻尼对改善隔震效果非常有利，但阻尼过大，对结构 仍会有不利的影响； 在坚硬场地比在软弱场地上建造的结构的减震效果好； 设计人员应在减小上部结构的加速度响应、增加位移之 间找平衡。
桥梁减隔震技术及应用
陈彦北，博士
2012年3月
内容提要
1.问题的由来 2.减隔震技术的概念与机理 3.新型减隔震装置 4.减隔震技术在桥梁工程中的应用 5.理解与建议 6.TMT现有工作基础
1.问题的由来
1.问题的由来
1.问题的由来
我国是遭受地震灾害最严重的国家之一
1556年陕西关中大地震，8级，80万 地震给人类带来严重的灾害
0.0V 2.0V 5.0V 10.0V
0
-0.5
-1
-1-.05.02
-0.01
0
0.01
0.02
位移/m
x 106 1.5
1 0.5
0.0V 2.0V 5.0V 10.0V
0
-0.5
-1
-1.-50.4
-0.2
0
0.2
0.4
速度/(m/s)
磁流变阻尼器阻尼力随电压变化曲线
3.典型的减隔震装置
西藏地区气候特点：
动
控
制
主
动
变
阻
尼
控
制
系
半
变
主 空
动 隙
液 阻
压 尼
阻 器
尼
器
半
主
动
变
摩
擦
阻
尼
器
电 流 变 / 磁 流 变 阻 尼 器
混
合
控
制
混
混
合 合
质 基
量 础
阻 隔
尼 震
器
（
HM
D）
2.减隔震技术的概念与机理
工程结构减隔震控制相关因素 MX CX KX P t
相关因素 控制方式
减隔震装置
1.问题的由来
震害分析
日本阪神地震西宫大桥支撑节点－ 球支破坏
1.问题的由来
震害分析
日本阪神地震西宫大桥－板式支座掉落
1.问题的由来
震害分析 汶川地震映秀岷江大桥－板支破坏，梁体位移
1.问题的由来
震害分析 汶川地震庙子坪大桥－盆支破坏、梁体位移
1.问题的由来
破坏原因分析
1.地震作用强，桥梁结构薄弱:柱礅,梁体破坏 超过设防烈度:日本设计0.30g,阪神0.6g 2.桥梁与地面运动共振:As=(1～2)秒,
世界首座“开”字型斜拉桥；南、北引桥(1010m 和 1365m)采 用新型四铅芯隔震支座，最大直径 130cm
4.减隔震技术在桥梁工程中的应用实例
减隔震技术在中国的应用－铅芯橡胶支座
石家庄新津桥（1998）
4.减隔震技术在桥梁工程中的应用实例
减隔震技术在中国的应用－铅芯橡胶支座
新疆布谷孜大桥(1999)
2.减隔震技术的概念与机理
基本概念
通过采用减隔震装置来尽可能地将结构或部件与可能 引起破坏的地震地面运动或支座运动分离开来，从而大 大减小传递到上部结构的地震力和能量，确保结构本身 及其附属物的安全。--有别于硬“抗”。
减隔震装置
2.减隔震技术的概念与机理
不同抗震技术的基本机理比较
基本原理
降低刚度， 延长周期
结
构
振
动
控
制
被
主
动 动
控 控
制 制
耗
主
主
金 属 阻 尼 器
粘 弹 性 阻 尼 器
能
装
置
摩
油
擦 阻
阻 尼
尼 器
器
调
谐
质
量
阻
尼
器
调
谐
液
体
阻
尼
器
动支撑装置
动 质 量 阻 尼 器 （ AM D）
（ （
TM D） TLD）
主 动 变 刚 度 控 制 系 统
半 主 动 流 体 阻 尼 器
半
主
3.典型的减隔震装置
粘滞阻尼器－可单独或与其他支座配合使用
粘滞流体阻尼器结构图
3.典型的减隔震装置
粘滞阻尼器
粘滞阻尼器阻尼力曲线
3.典型的减隔震装置
智能阻尼器
磁流变阻尼器构造
3.典型的减隔震装置
智能阻尼器
3.典型的减隔震装置
控制力/ N 控制力/ N
磁流变阻尼器
x 106 1.5
1
0.5
震害分析
日本 阪神地震桥墩剪切、弯曲破坏
1.问题的由来
震害分析
台湾集集地震桥墩剪切破坏
1.问题的由来
震害分析
汶川地震百华大桥桥墩弯曲、剪切破坏
1.问题的由来
震害分析
日本阪神地震西宫大桥落梁
1.问题的由来
震害分析
台湾1999集集地震落梁
1.问题的由来
震害分析 汶川地震庙子坪大桥落梁破坏
1976年唐山大地震，7.2级，24万
1999年台湾集集地震，7.3级，2300 2008年四川汶川地震，8.0级，6.9万+
地震同样给世界其他国家带来严重灾害
12 43
1994年美国北岭地震，6.7级，62
1995年日本阪神地震，7.3级，6000 2010年海地地震，7.3级， 20万+ 2010年智利地震，8.8级 约700
可以认为橡胶支座有足够的安全耐久性。
3.典型的减隔震装置
摩擦摆支座
产品静态模型图
产品动态模型图
3.典型的减隔震装置
摩擦摆支座
球面：双向隔震；柱面：单向隔震
3.典型的减隔震装置
摩擦摆支座
4、时程分析
3.典型的减隔震装置
金属阻尼器－可单独或与其他支座配合使用
3.典型的减隔震装置
金属阻尼器－可单独或与其他支座配合使用
以适当的阻尼限制过大的位移。
以往大量使用的板式支座、盆式支座等，起到传递 上部结构的各种荷载，适应温度、收缩徐变等因素产生 的位移，但是这些支座往往难以满足减隔震设计的要 求。
2.减隔震技术的概念与机理
4、时程分析
剪力（或加速度）和位移反应谱
隔震可以延长结构自振周期并增大结构阻尼，但要注意，不可能同 时减小上部结构的剪力（或加速度）和隔震层的位移－－在增大位移响 应和减小剪力响应之间找到最佳的平衡点。
3.典型的减隔震装置
橡胶隔震支座的安全耐久性问题
1889年澳大利亚墨尔本一座铁路桥安装了天然橡胶垫， 至今仍通车。从使用了100多年的天然橡胶（未加抗氧化 剂）上切块测试发现，仅表面1.5mm范围发生氧化； 1982年将1962年建成的英国伦敦到肯特的M2高速公路桥 的两个橡胶支座移出测试并切开，发现压缩及水平刚度无 明显变化，表面无任何氧化及开裂的征兆； 1966年建成的伦敦奥尔尼班公寓，建成后对橡胶支座进 行了8年的定期观测，未发现劣化现象，根据观测结果预 测100年徐变量为5.4mm。 周 福 霖 等 人 对 橡 胶 支 座 进 行 1h 耐 火 测 试 ， 刚 度 降 低 10%，极限压应力仍可超过90MPa。