袁万城-桥梁减隔震理念与技术发展

同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）同济大学土木工程防灾国家重点实验室StateKeyLaboratoryofDisasterReductioninCivilEngineering桥梁减隔震理念与技术发展袁万城教授同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）目录2018/1/102第一部分：桥梁减隔震理念1.可持续发展易修复、基于性能设计的瓶颈2.广适应性、智能化发展需求3.桥梁震害与减震装置发展现状4.减隔震周期、阻尼曲线原理5.桥梁减震核心理念同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）曲則全。——《老子》同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）倪健简介倪健，字康之，号墨虎，别暑三知书屋，中国海派书法领军人物，1962年6月出生于江西九江，清华大学书法高级研究班毕业，师从当代著名书法大家刘艺先生。现任中国牡丹书画院副院长、南昌市书法家协会会员、南昌市作家协会会员、中韩书画文化交流大使。同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/105减隔震是桥梁抗震的必然发展趋势！减隔震思想要满足节能、低碳环境优化和可持续发展的理念！低投入、高回报易修复、便安装1.可持续发展易修复、基于性能设计的瓶颈1.1社会发展的时代要求-易修复减隔震技术是一种简便、经济、先进的工程抗震手段。同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/1061.1社会发展的时代要求-易修复1.可持续发展易修复、基于性能设计的瓶颈灾后的桥梁结构有限的外力正常使用生病的人有限的治疗健康Resilience自回弹、易修复体系自我免疫自复位Resilience自回弹、易修复人体系统广义理解同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/1071.可持续发展易修复、基于性能设计的瓶颈抗倒塌易修复抗震理念基于性能设计的瓶颈1.1社会发展的时代要求-易修复Resilience自回弹、易修复体系同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/1082.广适应性、智能化发展需求2.1结构环境的需求多样性-广适应性、智能化韦氏字典中对智能的定义是“成功的响应新境况的能力”(theabilitytolearnorunderstandthingsortodealwithnewordifficultsituations)智能人工智能智能手机智能家居自动化多功能云处理信息化同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/1092.广适应性、智能化发展需求2.1结构环境的需求多样性-广适应性、智能化同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10102.广适应性、智能化发展需求2.2近断层脉冲型地震动的需求特点1992Landersearthquake前方向性脉冲近断层地震波中所包含的长周期速度脉冲对桥梁结构可能造成哪些特殊的破坏作用？台湾集集地震中简支梁桥的落梁震害汶川地震中高原大桥落梁同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10112.广适应性、智能化发展需求2.3弯斜桥减隔震需求特点同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10122.广适应性、智能化发展需求2016年5月23日0时10分许,上海中环线高架道路发生严重车祸,导致该处中环线高架道路梁体发生横向倾斜。影响半个城市的交通,牵动了整个上海市民的心。现代交通要求桥梁具有防范此类意外事故的能力，支座是桥梁结构特有的构件，其易监测功能实现可以为有效实现桥梁结构的风险管控提供有力条件。2.4量大面广的长联多跨桥梁支座检测的缺失同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10132.广适应性、智能化发展需求支座为桥梁减震、监测的广适应及智能化提供了发展平台上部结构下部结构桥梁支座可靠简单便捷支座监测2.4量大面广的长联多跨桥梁支座检测的缺失同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10143.桥梁震害与减震装置发展现状3.1桥梁结构典型震害相邻联结构差异较大，导致纵桥向支座位移过大，盖梁顶部搭接长度不够或者没有相应的限位装置，而使主桥相邻的简支跨发生落梁灾害。1995年Kobe地震公路桥梁震害同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10153.桥梁震害与减震装置发展现状3.1桥梁结构典型震害1995Kobe地震城市高架桥梁震害矮墩易导致剪切破坏，且长直线桥梁不宜采用单柱墩进行延性设计，而应当采用框架墩，并考虑减隔震措施。同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/1016弯桥落梁破坏弯桥墩柱破坏斜桥落梁破坏斜桥转动引起的横向震害弯斜桥震害特点3.桥梁震害与减震装置发展现状3.2弯斜桥震害特点同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/1017几次大地震中弯斜桥的震害最为严重！当前弯斜桥抗震设计仍存在不足，且相应的减隔震装置研究相对滞后！？桥跨脱落联与联(桥台)碰撞墩柱的弯曲剪切破坏连接构件的破坏震害总结3.桥梁震害与减震装置发展现状3.2弯斜桥震害特点同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10183.3桥梁减震装置发展现状常见的减隔震装置3.桥梁震害与减震装置发展现状同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/1019常规减隔震装置铅芯橡胶支座板式橡胶支座高阻尼橡胶支座……经济、高效的新型减隔震装置3.桥梁震害与减震装置发展现状3.3桥梁减震装置发展现状在近断层脉冲型地震动作用下减震效果要打折！同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10204.减隔震周期阻尼曲线原理4.1减隔震周期概念加速度反应谱位移反应谱延长结构周期，减小结构地震力；限制结构位移；保证结构在正常使用荷载作用下具有足够的刚度。同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10214.减隔震周期阻尼曲线原理4.1减隔震周期概念方向性效应脉冲地震动反应谱滑冲效应脉冲地震动反应谱02468100.00.40.81.21.6加速度/g周期/s方向性效应脉冲均值谱02468100.00.40.81.21.6加速度/g周期/s滑冲效应脉冲均值谱同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10224.减隔震周期阻尼曲线原理4.2阻尼理解误区减隔震≠耗能理解误区：不少教科书把减隔震与耗能混为一谈增大阻尼并不一定能够减小结构地震反应，如脉冲型地震，结构响应时间很短，阻尼来不及耗散能量同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/1023结构与地基有相对运动结构位移必须可控位移适应性；力与位移的关系；5.1减隔震核心理念5.桥梁减震核心理念核心理念：同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/1024弱固定式减隔震体系的提出剪力键设计在一个支座上，在正常使用阶段充当固定支座.当地震力超过剪力键设计强度，剪力键破坏；结构体系由固定变为滑动，减小地震力。竖向承载能力的10%5.2基于减震核心理念的两种体系5.桥梁减震核心理念同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/1025协同式体系没有固定支座，相反，所以支座协同式工作共同满足正常使用状态和地震力作用协同式减震体系的提出5.桥梁减震核心理念5.2基于减震核心理念的两种体系同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/1026桥梁体系易修复减震装置弱固定式减震体系协同式减震体系拉索原材料拉索组件连接、锚固方式剪力键设置方式5.桥梁减震核心理念5.3易修复广适应减震设计同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/1027广适应自适应设计拉索自由程、刚度的方便调节不同方向性需求各向同性、各向异性限位实现不同地震输入远场、近断层脉冲型地震动异形桥梁斜弯桥、曲线桥覆盖范围广大跨度桥梁、中小板梁结构不同设计阶段新桥抗震设计、旧桥抗震加固不同功能需求是否具有易监测功能…………5.桥梁减震核心理念同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）目录2018/1/1028第二部分：桥梁减隔震新技术发展1.拉索减震支座及发展过程2.高性能板式减震橡胶支座及发展过程3.桥梁拉索伸缩缝及多向异性拉索限位装置4.应用案例介绍同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10291.拉索减震支座及发展过程拉索减震支座拉索减震支座既可以是固定支座也可以是滑动支座。其由普通的盆式/球钢支座和限位拉索组成，在正常使用状态和小震状态下不发生体系转变，在大震下转变为摩擦支座和拉索，既限制了位移，又减小了结构下部受力。弱固定式体系1.1拉索减震支座简介3.Cables2.Shearbolt1.Potrubberbearing(a)ConfigurationoffixedCSFAB拉索减震支座钢绞线球钢支座同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10301.1拉索减震支座简介1.拉索减震支座及发展过程剪力销断前后试验过程滞回曲线-100-80-60-40-20020406080-100-50050100150200250水平力(kN)水平位移(mm)-100-80-60-40-20020406080100-2000200400600水平力(kN)水平位移(mm)拉索减震支座的研究基础：模型支座拟静力试验（2009年）同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10311.拉索减震支座及发展过程拉索减震支座的发展：材料的优化1.2易修复拉索减震支座研究历程同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10321.拉索减震支座及发展过程1.2易修复拉索减震支座研究历程剪力键设置实现装置结构易修复剪力销剪力键内置式剪力键外置式同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10331.拉索减震支座及发展过程拉索减震支座的发展：结构及功能的改进AASHTO中特别提到“Restrainersshallbedetailedtoallowforeasyinspectionandreplacement.”易更换易修复的拉索减震支座1.2易修复拉索减震支座研究历程同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10341.拉索减震支座及发展过程直拉实验斜拉实验拉索减震支座的发展：拉索用钢丝绳性能试验1.2易修复拉索减震支座研究历程同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10351.拉索减震支座及发展过程拟静力实验加载平台示意图荷载-位移测量系统拉索减震支座的发展：8MN足尺支座拟静力试验（2014年）1.2易修复拉索减震支座研究历程同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10361.拉索减震支座及发展过程纵桥向横桥向1.2易修复拉索减震支座研究历程同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10371.拉索减震支座及发展过程1.2易修复拉索减震支座研究历程同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10381.拉索减震支座及发展过程拉索减震支座的发展：连通式拉索减震支座（易修复）连通式拉索减震支座大幅增加了拉索的长度，降低了拉索构件的水平刚度，摒弃了现有拉索减震支座锚固区的复杂设计，支座的设计制作更为简捷，更换拉索也更加方便，避免了采用螺栓锚固挡板定拉索这种方式在更换时对操作空间的要求。1.2易修复拉索减震支座研究历程同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10391.拉索减震支座及发展过程1.2易修复拉索减震支座研究历程弧形钢阻尼拉索减震支座1.在支座的纵向布置拉索，使用原理同拉索减震支座；2.在支座的横向布置弧形钢板耗能，并且不影响支座的纵向水平滑动，该弧形钢板只在支座上下座板发生横向相对位移时起到耗能作用；可方便解决结构纵横向抗震的不同需求。同济大学土木工程防灾国家重点实验室（袁万城）2018/1/10401.拉索减震支座及发展过程1.2易修复拉索减震支座研究历程同济大学