近斷層地震動下的高速鐵路橋梁減震設(shè)計.pdf

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1、第35卷，第6期中國鐵道科學(xué)V01．35No．62014年11月CHINARAILWAYSCIENCENovember，2014文章編號：1001—4632(2014)06—0034—07近斷層地震動下的高速鐵路橋梁減震設(shè)計石巖L，王東升，孫治國(1．大連海事大學(xué)道路與橋梁工程研究所，遼寧大連116026；2．遼寧省公路工程重點(diǎn)實驗室，遼寧大連116026)摘要：在“功能分離”設(shè)計理念基礎(chǔ)上，提出減震榫與拉索限位器組合的高速鐵路橋梁減震方案，通過減震榫的屈服耗能作用減小橋梁的地震響應(yīng)，通過拉索限位器控制減震榫的過大變形和防落梁，給出減震榫和拉索限位器在多遇地震、設(shè)

2、計地震和罕遇地震下的設(shè)計準(zhǔn)則和設(shè)計方法。以1座高速鐵路連續(xù)梁橋為例，研究在具有向前方向性效應(yīng)、滑沖效應(yīng)和無速度脈沖效應(yīng)的近斷層地震動下，采用組合減震方案橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能。結(jié)果表明：僅采用減震榫的橋梁在速度脈沖型近斷層地震作用下可能因減震榫變形過大而不安全；加設(shè)拉索限位器后，能有效地控制減震榫的變形及墩梁的相對位移，起到了較好減震效果，其減震率在6O以上。關(guān)鍵詞：橋梁；近斷層地震動；減震設(shè)計；減震榫；拉索限位器；高速鐵路中圖分類號：U442~5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4632．2014．06．00我國高速鐵路運(yùn)行里程和建設(shè)規(guī)模

3、已居世界前近斷層地震動作用下仍具有較好的減震效果，若不列，目前正逐步向西部省份延伸。我國西部山區(qū)新采用減震設(shè)計可能情況更為糟糕。構(gòu)造活動強(qiáng)烈且斷層與斷裂帶發(fā)育廣泛，部分活動由于橡膠類隔震支座的橫向剛度較低，而高速斷層可綿延數(shù)百乃至上千公里，具有較高的地震危鐵路橋梁上部結(jié)構(gòu)自重較大，且對支座及梁體的橫險性。高速鐵路線上橋梁占相當(dāng)大的比重，在西部向位移要求相對嚴(yán)格，故橡膠支座很難用于高速鐵其臨近或穿越活動斷層將不可避免，同時還可能存路橋梁的隔震，尚有諸多問題需要進(jìn)一步研究[4]。在未探明的隱伏活動斷層的影響，抗震問題突出。13本高速鐵路發(fā)展較早且13本地震頻發(fā)，其橋梁

4、抗1999年建設(shè)的臺灣高速鐵路遭遇了集集地震，隨震設(shè)計方法值得借鑒，特別是支座和限位系統(tǒng)“功即臺灣交通部修訂了相關(guān)規(guī)范并提高了橋梁抗震設(shè)能分離”的設(shè)計理念。該設(shè)計理念認(rèn)為地震時支座計標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計地震動考慮了具有速度脈沖效應(yīng)的近受力復(fù)雜，易于損壞，故要求支座僅滿足正常使用斷層地震動。目前我國高速鐵路橋梁抗震設(shè)計仍主下豎向承載及適應(yīng)梁體水平、轉(zhuǎn)動位移，而地震下要依據(jù)《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》。該規(guī)范在2009梁體水平位移由限位系統(tǒng)承受，包括各類鋼制剪力年進(jìn)行局部修訂時才將高速鐵路橋梁抗震納人，尚鍵、沖擊鎖定裝置等。臺灣高速鐵路橋梁中也采用缺少對近斷層地震動的特殊考慮。了“

5、支座+限位剪力鍵”的支承體系¨7]。目前“功橋梁減隔震技術(shù)通過合適裝置延長橋梁的結(jié)構(gòu)能分離”的支座設(shè)計理念已初步被我國高速鐵路設(shè)周期和(或)消耗地震能量實現(xiàn)降低橋梁地震響應(yīng)計人員接受，認(rèn)為是提高橋梁抗震能力及實現(xiàn)減的目的。據(jù)統(tǒng)計，至上世紀(jì)末已有上百座減隔震橋(隔)震的重要方法l8。。本文借鑒李承根等提出梁建成，多為采用鉛芯橡膠支座和高阻尼橡膠支座的鋼棒式減震榫裝置，針對高速鐵路橋梁在近斷層的公路橋梁。部分臨近發(fā)震斷層的橋梁也經(jīng)受了地地震動下的高抗震需求問題，提出由減震榫與拉索震考驗，如土耳其的Bolu高架橋l1]、冰島的限位器構(gòu)成組合減震系統(tǒng)，利用減震榫的屈服隔震

6、ThjorsaRiver橋[]和Oseyrar橋[引，盡管它們遭受和滯回耗能減小橋梁的地震響應(yīng)，利用限位器控制了一定程度的地震破壞，但在具有速度脈沖效應(yīng)的減震榫的變形和防止落梁破壞。收稿13期：2014—03—10；修訂日期：2014—09—28基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(51178071)；國家“九七三”計劃項目(2011CB013605)；教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃資助項目(NCET-12—0751)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助項目(3132013315，3132014073)作者簡介：石巖(1985一)，男，甘肅通渭人，博士研究生。第6期近斷層地震

7、動下的高速鐵路橋梁減震設(shè)計1高速鐵路橋梁減震系統(tǒng)設(shè)計2009年版《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》已初步給出了鐵路橋梁性能抗震設(shè)計的框架，本文以此為基礎(chǔ)研究減震榫和拉索限位器組合減震系統(tǒng)的設(shè)計準(zhǔn)則和方法。位移／mm1．1減震榫裝置的設(shè)計圖3減震榫的恢復(fù)力一位移曲線李承根等開發(fā)的減震榫是一種適合于高速鐵路橋梁的減震裝置，其由低屈服點(diǎn)鋼制成，構(gòu)造簡鐵路橋梁抗震設(shè)計通常允許橋墩在設(shè)計地震下單，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其中區(qū)段A為變發(fā)生可修復(fù)的塑性損傷，為保證減震榫先于橋墩發(fā)形段，有效變形長度為0．85m，區(qū)段B為錨固段。生塑性屈服，要求橋墩的設(shè)計屈服強(qiáng)度大于減震榫減震榫的錨固段嵌

8、固于橋墩頂