桥梁抗震与抗风.ppt

第一节　引言 　　2.日本东京湾通道桥的涡激共振灾害 　　自旧塔科马悬索桥的风毁事故以后，大跨度桥梁设计中普遍加强了桥梁空气动力稳定性的研究，以确保桥梁在运营期间不会发生颤振毁桥事故。但是，其他形式的风致灾害还时有发生，其中钢主梁的涡激共振就是一种典型灾害，英国Kossock斜拉桥、日本东京湾通道桥等都发生过这种灾害。 　　1993—1996年间，日本东京湾通道建设工程中的桥梁部分在设计之初就预料到会发生涡激共振，因此观测研究资料最为完整。东京湾通道横跨日本东京湾，全长11bn，由桥梁与隧道两部分组成。桥梁部分全长4384m，其中主桥为10跨一联的钢箱梁连续梁桥，由3号桥墩至13号桥墩，全长1 630m，最大跨径为240m，由6号桥墩至8号桥墩共两跨。钢箱梁为单箱三室结构，主跨墩顶梁高10.5m，跨中梁高6.0m。桥梁设计为四车道，桥宽22.9m。图7-3是该桥建成后的照片，图7-4是该桥钢箱梁截面图。 第一节　引言 　　由于桥址处的设计风速要求高达66.7m/s，因此从设计开始就对该桥的抗风研究给予了足够的重视。风洞研究表明，该桥容易发生竖直面内的涡激共振。当风流过钝体的箱梁后，会在梁的下游一侧发生旋涡脱落，并对桥梁产生上、下交替作用力。随着风速增加，旋涡脱落的频率也增加，当脱落频率接近主梁的某阶自振频率时，就会发生共振现象，这就是风致涡激共振。这种振动常在低风速下发生，且为限幅振动，一般不会导致桥梁的损毁。 　　该桥于1994年10月完成了主梁架设任务，1995年2月即观测到了明显的涡激振动现象。当风向与桥轴线接近垂直(±20°偏角以内)，风速达到16~17m/s时，桥面就发生明显的以一阶竖向模态为主的涡激振动，跨中单边振动峰值达50cm。图7-5是从实桥振动实况录像中截取的两个画面，分别对应跨中的波峰与波谷状态，由両面上景象的变化可以看出振动是非常大的。 第一节　引言 　　东京湾通道桥涡激共振的实例说明，并非只有悬索桥和斜拉桥才会发生风致振动。对于大跨度连续钢箱梁桥，当桥梁截面为明显的钝体，梁高又大，钢箱梁本身质量和阻尼相对混凝土梁要轻且小时，就有可能发生明显的涡激共振现象。 　　3.斜拉桥的拉索风雨振 　　随着斜拉桥跨径的不断增大，斜拉桥的拉索是斜拉桥中最为细长的柔性构件，极易在风中发生振动。1985年日本最早发现了拉索的一种特殊振动形式——拉索风雨振。它的特点是在风雨共存的气候条件下才能发生，并且振动的严重程度远远超过了其他形式的拉索振动，成为影响最大的一种斜拉桥灾害。 　　近年来随着我国大跨度桥梁的建设，桥梁风害也时有发生，如广东南海九江公路斜拉桥施工中吊机被大风吹倒，砸坏主梁;江西九江长江公路铁路两用钢拱桥吊杆的涡激共振;上海杨浦大桥拉索的涡振和雨振损坏索套等。虽然截至目前还没有发生大的毁桥事故，但应该从世界各国的毁桥事故中吸取教训，认识桥梁抗风设计的重要性，真正做到防患于未然。 桥梁抗震与抗风 第六章　桥梁减隔震设计 第三节　减隔震装置与系统 第三节　减隔震装置与系统 　　减隔震技术利用减隔震装置在满足正常使用功能的前提下，延长结构周期，消耗地震能量，从而降低结构的地震反应。因此，桥梁的减隔震设计最重要的就是要设计合理、可靠的减隔震装置，并使其在结构抗震中充分发挥作用。 　　一、减隔震系统的组成 　　由减隔震技术的原理可知，一个完善的桥梁减隔震系统应包含柔性支承、阻尼装置和构造措施三部分。这三部分可以分开设置，也可以结合为一体。 　　1.柔性支承装置 　　常见的柔性支承为橡胶支座。橡胶支座在桥梁结构中的应用，一开始主要是为了满足正常使用状态下温度等因素产生的位移要求。目前，橡胶支座是世界上应用最广、实用性最好的一种柔性支承。此外还有其他一些柔性装置，如滚轴、滑板、缆索悬吊、柔性套管桩、基础提离、摆动等。 　　2.阻尼装置 　　提供耗能最有效的一种方式是滞回阻尼，即利用材料的塑性变形耗能，如铅芯橡胶支座、黏滞阻尼、液压摩擦阻尼等。各种耗能装置的滞回曲线如图6-5所示。 第三节　减隔震装置与系统 　　3.构造措施 　　减隔震装置必须具有足够的柔性，以延长周期、减小地震反应，但在运营荷载下，又要保证结构不发生大变形和有害振动。如约束装置、挡块，使它在一定水平力作用下发生破坏，以满足设计要求。 　　另一方面，采用减隔震技术的结构在地震作用下往往会产生较大的位移。由于地震动的复杂性和不确定性，这一位移很难准确估计。因此，为了防止地震时发生落梁和碰撞震害，就需要设置专门的防落梁措施。 　　二、常用减隔震装置简介 　　近30多年来，国内外技术人员研制并开发了许多类型的减隔震装置，有些已经较广泛地应用于实际工程结构。下面，简单介绍目前国内外常用的几种减隔震装置。 　　1.分层橡胶支座(1aminated – rubber