隔震结构设计

桥梁结构隔震振动控制分析报告姓名：陶永亮专业：桥梁与隧道工程学号：21110186632011.06.07目录第一章设计资料............................................................................................................................11.1东涌大桥概况.............................................................................................................................11.2技术标准.....................................................................................................................................11.3设计规范.....................................................................................................................................3第二章桥梁隔震设计..................................................................................................................42.1隔震结构基本原理......................................................................................................................42.2叠层橡胶隔震支座......................................................................................................................42.3叠层橡胶隔震支座选择与布置.................................................................................................6第三章桥梁有限元计算模型.......................................................................................................83.1工程概况.....................................................................................................................................83.2桥梁类型......................................................................................................................................83.3确定桥梁分析方法....................................................................................................................83.4地震作用参数.............................................................................................................................9第四章模型分析结果..................................................................................................................114.1分析结果...................................................................................................................................114.2时程工况下内力分析..............................................................................................................16第五章结论......................................................................................................................................19第一章设计资料1.1东涌大桥概况本设计中采用广州市番禺区东涌大桥工程的东涌大桥部分为例进行分析计算。东涌大桥横跨骝岗水道，单孔双向通航，通航等级V(3)级，全桥跨径总长650m，分为主桥和引桥两部分,主桥为65+100+65m的预应力砼连续箱梁，南、引桥均为7x30m的先简支后连续预应力小箱梁。1.2技术标准1）公路等级：二级公路(同时满足城市主干路I级)2）计算行车速度：60km/h3）桥梁设计荷载：公路-I级（兼城-A级）4）桥宽：主桥——上部采用双幅分离式，全宽25m＝0.5m（人行护栏）+3m（人行道）+8m（行车道）+0.5m（防撞栏）+1m（分隔带）+0.5m（防撞栏）+8m（行车道）+3m（人行道）+0.5m（人行护栏）；引桥——上部采用分离式，全宽25m＝0.5m（人行护栏）+3m（人行道）+8m（行车道）+0.5m（防撞栏）+1m（分隔带）+0.5m（防撞栏）+8m（行车道）+3m（人行道）+0.5m（人行护栏）；5）坡度：车行道双向2%横坡，人行道1%横坡倾向车行道；南北岸桥面纵坡均为3.75%。6）平纵线型：平面：YZ点K1+821.64之前的北岸引桥部分位于JD2的圆曲线内，YZ点K1+821.64之后北岸引桥部分位于直线段；主桥和南岸引桥均位于直线段。纵面：凸曲线半径R＝3000m，T＝112.5m，E＝2.109m。7）设计洪水频率：P＝1/100。8）通航净空及通航水位：主桥主跨100m跨越骝岗水道，通航等级V(3)，单孔双向通航，通航净高8m，净宽80m，侧高5.5m，上底宽72m；最高通航水位为黄海高程3.2m。9）地震基本烈度：VII度。10）坐标及高程系统：1954年北京坐标，1956年黄海高程。图1.1东涌大桥立面图（单位：cm）图1.2（a）A-A截面图（单位：cm）图1.2（b）B-B截面图（单位：cm）图1.2（c）C-C截面图（单位：cm）1.3设计规范1)《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）。2)《公路路线设计规范》（JTJD20—2006）。3)《城市道路设计规范》（CJJ37—90）。4)《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）。5)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）。6)《城市桥梁设计准则》（CJJ11—93）。7)《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77—98）。8)《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024—85）。9)《公路桥位勘察设计规范》（JTJ062—91）。10)《公路工程抗震设计规范》（JTJ004—89）。11)《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61—2005）。12)《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4—2004）。第二章桥梁隔震设计2.1隔震结构基本原理在桥梁基础与上部结构之间设置隔震装置(或系统)形成隔震层，利用隔震装置来隔离或耗散地震能量以避免或减少地震能量向上部结构传输，以减少桥梁的地震反应，实现地震时隔震层以上主体结构只发生微小的相对运动和变形，从而使桥梁在地震作用下不损坏或倒塌，这种抗震方法称之为桥梁基础隔震。隔震系统一般由隔震器、阻尼器等所构成，它具有竖向刚度大、水平刚度小，能提供较大阻尼的特点。基础隔震的原理就是通过设置隔震装置系统形成隔震层，延长结构的周期，适当增加结构的阻尼，使结构的加速度反应大大减小，同时使结构的位移集中于隔震层，上部结构像刚体一样，自身相对位移很小，结构基本上处于弹性工作状态从而使桥梁不产生破坏或倒塌。2.2叠层橡胶隔震支座叠层橡胶支座是由薄橡胶板和薄钢板分层交替叠合，经高温高压硫化粘结而成，如图2.1所示。由于在橡胶层中加入若干块薄钢板，并且橡胶层与钢板紧密粘结，当橡胶支座承受竖向荷载时，橡胶层的横向变形受到上下钢板的约束，使橡胶支座具有很大的竖向承载力和刚度。当橡胶支座承受水平荷载时，橡胶层的相对位移大大减小，使橡胶支座可达到很大的整体侧移而不致失稳，并且保持较小的水平刚度(竖向刚度的1／500～1／1000)。并且，由于橡胶层与中间钢板紧密粘结，橡胶层在竖向地震作用下还能承受一定拉力。因此，叠层橡胶支座是一种竖向刚度大，竖向承载力高，水平刚度较小、水平变形能力大的隔震装置。橡胶支座形状可分为圆形、方形或矩形，一般多为圆形，因为圆形与方向无关。支座中心一般设有圆孔，以使硫化过程中橡胶支座所受到的热量均匀，从而保证产品质量。图2.1叠层橡胶支座根据叠层橡胶支座中使用的橡胶材料和是否加有铅芯，叠层橡胶支座可分为普通叠层橡胶支座和铅芯叠层橡胶支座。1、普通叠层橡胶支座普通叠层橡胶支座是采用拉伸较强、徐变较小、温度变化对性能影响不大的天然橡胶制作而成。这种支座具有高弹性、低阻尼的特点。图2.2所示为其滞回曲线。为取得所需的隔震层的滞回性能，普通叠层橡胶支座必须和阻尼器配合使用。图2.2普通叠层橡胶支座的滞回曲线2、铅芯叠层橡胶支座分层橡胶支座的主要缺点是阻尼很小，有时在较低水平力作用下(如制动力等)，由于支座较柔，文座变形也可能较大。如果在分层橡胶支座中插入铅芯，则可得到一个紧凑的隔震装置，铅芯提供了地层下的耗能和静力荷载下所必须的屈服强度与刚度，在较低水平力作用下，因具有较高的初始刚度，其变形很小，在地震作用下，由于铅芯的屈服，一方面消耗地层能量，另一方面，刚度降低，达到延长结构周期的目的。因而满足一个良好隔层系统所应具备的要求，图2．3给出铅芯橡胶支座的构造示意图。铅芯具有良好的力学特性，能与分层橡胶支座较好的结合，使其成为一种比较合适的减隔震材料。其具有较低的屈服剪力[约10MPa，具有足够高的初始剪切刚度[G近似为130MPa]，性能为理想弹塑性且对于塑性循环具有很好的耐疲劳性能。此外，易于得到纯度较高的铅(99.99％)，使其力学性能比较可靠，图2.4给出铅芯橡胶支座的滞回曲线图。我国目前使用最普遍的是铅芯叠层橡胶支座和普通叠层橡胶支座亦有。图2.3铅芯叠层橡胶支座的构造图2.4铅芯叠层橡胶支座的滞回曲线2.3叠层橡胶隔震支座选择与布置1、隔震支座选择根据叠层橡胶支座隔震技术规程CECS126：2001第四章中的要求，橡胶隔震支座的压应力既是确保橡胶隔震支座在无地震时正常使用的重要指标，也是直接影响橡胶隔震支座在地震作用时其他各种力学性能的重要指标。它是设计或选用隔震支座的关键因素之一。在永久荷载和可变荷载作用下组合的竖向平均压应力设计值，不应超过表2-2的规定，在罕遇地震作用下，不宜出现拉应力。注：①对需验算倾覆的结构，平均压应力应包括