(二)桥梁结构本身的减振技术
1.构造设计
在地震区建桥,桥的构造上应选择形状简单、自重轻、重心低、结构紧凑、整体性好、刚度均匀、抗扭刚度大、各部联结可靠的形式,并加强桥梁上部结构和下部结构的联结部位,以防落梁。地震区桥梁以按等跨布置为好,桥墩应避免承受侧向土压力。桥台宜用T型或U型。墩台设置宜在比较稳定的河床上,墩台基础埋置要加深些,以减少地面波的影响及自由振动的振幅,有利抗震。
2.隔震技术
隔震就是隔离地震对结构的作用,其基本思想是,将整个结构物或其局部座落在隔震支座上,通过隔震层装置的有效工作,消弱上部结构与基础间的联系,牵制和减少地震波向上部结构的输入,并控制上部结构地震作用效应和隔震部位的变形,改变结构系统的动力特性,避免共振现象的发生,从而减小结构的地震响应,提高桥梁的抗震安全性。
根据隔震层隔震装置的不同,基础隔震可分为橡胶垫基础、滑移基础隔震和混合基础隔震等多类。
3.消能减振技术
消能减振结构是将结构中的某些非承重构件设计成耗能元件,或在结构的某些部位设置专门设计的消能阻尼器来吸收和耗散地震能量,以减小结构振动响应的一种新型耗能结构。其分类有:
① 消能构件
主要有消能支撑、消能阻力墙、消能节点等。
② 消能阻尼器
a 金属阻尼器
在地震作用下,金属阻尼器在结构发生塑性变形前首先发生屈服,以耗散大部分地面运动传递给结构的振动能量。
b 摩擦阻尼器
此种阻尼器在主要结构构件屈服前的预定荷载下产生滑移或变形,依靠摩擦或阻尼耗散地震能量。
摩擦阻尼器作为一种耗能装置,因其耗能能力强,荷载幅值与频率对其性能影响不大,且构造简单,取材容易,造价低廉,而具有良好的应用前景。
c 粘弹性阻尼器
粘弹性阻尼器是通过粘弹性材料的滞回耗能来耗散结构的振动能量,以达到减小结构动力反应的目的。
d 粘滞性阻尼器(阻尼墙)
粘滞性阻尼器一般由缸体、导杆、活塞、阻尼孔和粘滞流体阻尼材料等组成,活塞在缸体内作往复运动,活塞上有适量小孔成为阻尼孔,缸筒内装满粘滞流体阻尼材料。当活塞与缸筒之间发生相对运动时,由于活塞前后的压力差使体阻尼材料从阻尼孔中通过,从而产生阻尼力,达到耗能的目的。
还有一种粘滞性阻尼墙(如下图),其作用机理同粘滞性阻尼器一样,但结构更简单,阻尼效果更好。
粘滞性阻尼墙构造简图
4.主动、半主动控制技术
结构振动主动控制是根据实测的结构动力反应或环境干扰,按主动控制算法获得最优主动控制力,并由外部能源驱动主动控制装置施加在与结构振动方向相反的控制力来实现结构控制的。主动控制装置有:主动质量阻尼器、主动调谐质量阻尼器、主动拉索控制器和主动支撑系统等。
对于大型结构的桥梁而言,主动控制需要很大的能量转变为控制力,在工程应用中尚有一定的难度,而半主动控制以参数控制为主,只需要少量的能量调节即可对结构施加控制力。半主动控制装置有:半主动变刚度装置、半主动变阻尼装置、半主动TMD/TLD、变摩擦阻尼装置、可控流体阻尼器等。
在桥梁结构中我们应认识到,尽管在主动与半主动控制领域已取得重大发展,但现在仍处在研究和发展阶段,仍需要在实际桥梁结构中的实施和应用。
四、结语
近百年来国内外许多地震给桥梁带来了巨大的灾害,同时也推动了桥梁抗震的各项研究工作。通过分析大量地震过后桥梁的损坏形式,促使人们在抗震设计方法上做了进一步的改善,从单一的强度抗震设防原则转入对结构减、隔震的研究,以及随后主动、半主动控制研究,在抗震技术上取得了丰硕的成果。经过抗震设计,采用抗震技术的桥梁在地震中表现良好,说明了科学合理的抗震措施是减轻地震灾害的最有效的方法。