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1、-精品word文档 值得下载 值得拥有- 华阳特大桥主桥隔震研究一、立项背景和依据地震是人类社会面临的最严重的自然灾害之一，由于桥梁的剧烈震动或倒塌会直接和间接地造成无可挽回的重大损失。要减轻地震灾害就必须要求桥梁结构具有良好的抗震性能。传统的抗震结构体系是通过增强结构本身的性能（如增加结构构件的刚度与延性来抵抗地震）可以解决低烈度区桥梁抵抗地震的问题。但要提高高烈度区桥梁的抗震性能、减轻地震灾害，目前首推隔震技术。华阳特大桥属于华阳路南延线道路工程项目，跨越潭洲水道，采用三跨预应力混凝土连续梁结构，跨径布置为：109+168+109m，桥面全宽39.5m为双向8车道。工程的场地土类型为中软土
2、，场地类别为类，属对公路工程抗震不利地段。工程场地50年超越概率10%的地震动峰值加速度归档为0.10g区，基本烈度为度。沿线地面下20m范围内存在饱和土和沙土，CZK1CZK4、QZK3、QZK4号孔为中等严重液化。因此，桥址区场地的地震危险性是存在的，采用橡胶铅芯隔震方案有利于降低桥梁的地震作用。华阳特大桥主桥的结构方案是：每个桥墩上设置两幅箱梁，每幅箱梁下设一个支座，据初步计算每个支座的承载力需达到80000kN以上。这样大型的橡胶铅芯隔震支座目前国内外还无厂家生产，也尚无指导性的资料可以借鉴。因此，有必要针对该支座进行专题研究。通过本项目的研究，在确保各种运营工况下桥梁的安全度、舒适度
3、的前提下，用隔震技术降低地震响应，从而增强桥梁的抗震性能，同时促进我国大型橡胶铅芯隔震支座的研发水平和工程应用进程。因此，具有重要的理论意义和经济价值。二、项目前期科研及工作基础1、 国内外研究现状分析与评价隔震技术可以有效地减轻地震灾害，因此在国外得到了较广泛的应用。1973年以来，新西兰有48座公路桥和1座铁路桥采用了隔震技术，其中包括4座用隔震系统来加固提高抗震性能的桥梁。意大利也是世界上较早在桥梁上应用隔震技术的国家，从1974年以来，该国已建成了150多座隔震桥梁。美国第一次将隔震技术用在桥梁上是在1984年，是对Sierra Point Bridge进行抗震加固。而美国第一座采用隔
4、震技术新建的隔震桥梁是Sexton桥，因为该处的地基条件较差，在桥台处布置20个铅芯橡胶支座，桥墩上布置20个无铅芯的橡胶支座，目的是尽量减轻作用在桥墩上的地震荷载1。目前美国已有100多座桥采用了隔震技术，其中包括对既有桥梁的加固。在日本，第一座建成的隔震桥梁是静岗县横跨Keta河的宫川大桥，为32.8539.032.85m三跨连续钢桁架桥，使用铅芯橡胶支座隔震，完成于1991年。在阪神地震后，日本采用隔震技术的桥梁日益增多。由上可见，各国桥梁隔震设计中最常用的是铅芯橡胶支座和高阻尼橡胶支座，且通常安装在桥梁上部结构与桥墩或桥台之间。从2003年以来，隔震技术也已在我国的一些桥梁上开始了应用
5、，特别是华中科技大学与武汉臣基工程科技有限公司合作在国内的十多座桥梁上采用了该项技术，如澳凼三桥的引桥、西藏林芝大桥、拉萨柳悟大桥等、东莞市东江大桥引桥、新疆果子沟大桥、福州市鼓山大桥、广东省南澳大桥等，该项技术已于2009年获湖北省科技进步一等奖。但总体来说我国隔震技术在桥梁上的应用时间还不长，试验工程还不多，目前的桥梁隔震分析设计方法以及橡胶铅芯支座基本上都是沿用建筑隔震的。然而桥梁隔震与建筑隔震是有很多不同点的，因此需要对桥梁隔震的计算分析方法进行深入的研究，特别是用于本桥的大型隔震支座还需进行详细的理论与试验研究。2、工作基础为进一步加强校企合作，全力推动隔震技术在我国桥梁和建筑领域得
6、到更加广泛的应用，在双方长达8年合作的基础上，以华中科技大学的工程结构隔震减振研究团队为研发核心，武汉臣基工程科技有限公司和华中科技大学联合成立了武汉臣基华科减隔震技术应用研究所。武汉臣基华科减隔震技术应用研究所的工程结构隔震减振研究团队在近几年的工作中，主要从事工程结构的隔震与减振、高耸结构的风振控制、大型结构的有限元分析以及输电塔-线体系风振响应与控制等方面的理论与试验研究，特别在桥梁隔震方面积累了丰富的工程经验。近几年来主持完成的科研项目有：国家自然科学基金项目“智能型隔震器的理论与实验研究”、中铁大桥局勘测设计院“澳门澳凼第三大桥主桥（斜拉桥）抗震、抗风分析”、交通部项目“沪蓉国道宜恩
7、段四渡河深切峡谷悬索动力非线性仿真研究”、西部课题“沪蓉国道主干线宜昌至恩施段龙潭河特大桥超高墩专题研究”、国家“十一五重大工程”晋东南南阳荆门1000kV输电线路和云南至广东800千伏特高压直流输电线路专题研究“导地线微风振动分析与对策”、“输电塔风振控制研究”、国家电网公司特高压架空输电线路大跨越工程综合技术研究子课题“大跨越导地线微风振动控制研究”等三十余项。在国内外重要科期刊上发表研究论文100多篇。已作的相关研究有：（1） 工程结构隔震和振动控制技术的研究与应用。研究成果“建筑隔震成套技术”获2001年国家科技进步二等奖，“连续梁桥隔震技术与工程应用研究”2009年获湖北省科技进步一
8、等奖，获相关实用新型专利3项。（2） 大跨度桥梁结构的风振控制与有限元仿真研究。在权威学术刊物如工程力学、土木工程学报以及振动与冲击上发表了相关论文30余篇，研究成果“四渡河深切峡谷悬索桥关键技术研究” 2009年获中国公路学会科技进步一等奖。（3） 承担了“新疆果子沟大桥隔震分析与设计”、“西藏林芝大桥隔震分析研究”以及“西藏拉萨柳悟桥隔震分析研究”等十多个项目的研究，具有较丰富的工程应用经验。武汉臣基华科减隔震技术应用研究所的主要成员包括了从事结构计算力学、结构振动与控制以及试验研究与工程实践活动的技术人员。他们都具有中、高级职称，或正在攻读博士学位，在各自的研究领域都取得了丰富的成果，这
9、也为本项研究的完成打下了基础。三、项目研究开发实施方案1、主要研究内容及实施方案（1）桥梁支座方案的比选研究根据桥墩的最大竖向反力分别布置橡胶铅芯隔震支座和盆式支座，用大型有限元软件进行建模和地震响应分析，全面比较两者的受力大小及特点，最后确定支座方案。（2）支座参数的初步选择与验算对确定的支座类型，以满足结构内力和位移的设计要求、支座的应变能力为目标，进行地震作用的反复计算和比较，初步确定支座的参数。主要从以下四个方面进行验算：a、顺桥向、横桥向风作用下的内力和位移计算，验算支座铅芯是否满足初始刚度要求；b、温度作用下的内力和位移计算，验算支座的应变是否满足要求；c、行车荷载（动荷载）作用下
10、的内力和位移计算，验算桥面的速度和加速度是否满足舒适度要求；d、顺桥向地震作用下的碰撞分析，验算预留缝是否满足要求。（3）桥梁地震作用的精细计算a、时程分析法主要包括：有限元建模及其动力特性分析；根据地震波参数特征应在统计意义上反映场地地质特征（包括卓越周期、谱形状，持时、时程包络、强度等）的原则选择实际地震记录；采用基于规范设计反应谱的迭代拟合法合成人工地震波；进行100年超越概率为10%和2%情况下顺桥向、横桥向地震激励下响应分析；最后对全桥进行抗震安全性评价。b、反应谱法首先确定反应谱值。一般规范中给出的是5%经典阻尼比的反应谱，而隔震桥梁等效线性化模型的阻尼比要大于5%，因此需要根据5
11、%阻尼比的反应谱及等效阻尼比近似计算方法得到高阻尼比的反应谱。然后，确定隔震支座的等效刚度。将用两种方法获得等效刚度：一是利用时程分析结果，由所得到的支座最大位移求得其等效刚度。另一种方法是根据支座恢复力模型进行迭代反应谱计算，以得到合适的等效刚度。最后，分别对100年超越概率为10%、2%的地震作用现进行该桥的顺桥向、横桥向地震响应计算。c、将时程分析结果和反应谱法的计算结果进行相互校核。（4）桥墩稳定验算考虑地震和温度作用下支座产生的最大初始偏移，进行桥墩的一类稳定验算。（5）大型橡胶铅芯隔震支座的理论与试验研究在对大型橡胶铅芯隔震支座的力学性能进行有限元仿真的前提下，对缩尺的支座模型进行
12、力学性能试验，并进行安装方法，构造措施研究。2、拟采用的技术路线（1）在理论分析方面：采用大型通用程序ANSYS和MIDAS，对华阳特大桥主桥进行精细空间建模，研究其动力特性，考虑不同支座类型以及不同分析计算方法的影响。（2）在支座研发与试验研究方面：拟采用组合方式来解决支座的大吨位要求。首先用有限元方法对大型组合支座的力学性能进行模拟。然后用试验方法对缩尺模型，检测其性能参数的设计、支座位移的同步、受力的均匀性等问题。3、 拟解决的关键问题（1）研制出适合于主桥的大型橡胶铅芯隔震支座。（2）大型支座的安装及构造措施。4、本项目的创新点在国内外首次研制80000kN以上的橡胶铅芯隔震支座并在工
13、程中进行应用。四、考核目标和技术经济指标1、考核目标本专题研究实施目标是：采用隔震技术有效降低主桥的地震作用，并确保桥梁在其它工况下的安全性与舒适度。指导配合武汉臣基工程科技有限公司，完成该桥大吨位隔震支座的生产制造。2、有关技术经济指标采用橡胶铅芯隔震方案后，可使主桥的地震作用相比盆式支座降低50%以上，从而提高桥梁的抗震安全性。因此，本项目的研究与实施不仅会具有良好的经济效益，还会产生显著的社会效益。五、项目研究开发进度2010.092010.11：理论研究与分析。2010.102010.11：大型橡胶铅芯隔震支座的试验研究；2010.122011.01：编写研究报告，撰写研究论文；201
14、1.012011.02：修改研究报告、项目鉴定。2011.022011.06：完成该桥大型橡胶铅芯隔震支座的生产。六、项目主持合作单位及主要负责人概况本项目由广州市市政工程设计研究院和武汉臣基华科减隔震技术应用研究所共同主持，华中科技大学参与合作。全部实验用模型及最后产品由武汉臣基工程科技有限公司制造。1、项目主持单位广州市市政工程设计研究院概况广州市市政工程设计研究院（以下简称市政院）是一个具有60年历史的科技型单位，其前身是广州市建设局设计科。广州市市政工程设计研究院成立于1984年，是国家建设部核准的市政公用甲级勘察设计单位。本院下设综合部、市场拓展部、生产技术部、人力资源部、财务部、总
15、工办共6个管理部门及设计一所、设计二所、设计三所、设计四所、设计五所、设计六所、技术经济所、轨道交通所等八个专业设计所，道桥给排水工程中心、土木检测中心、公共交通研究中心三个中心。设有佛山分院、南沙分院、深圳分院、珠海分院、东莞分院、花都分院、昆明分院、武汉分院、南宁分院、福建分院。全资及控股、参股公司有：广州市政技术开发公司、广州市市政工程顾问有限公司、广州广嘉设备安装有限公司、广州宏伟工程承包有限公司、广州市政物业管理公司、广州市市政工程施工图审查中心。2、项目合作单位华中科技大学概况华中科技大学隶属教育部，是国家“211”工程和国家“985”工程重点建设的全国重点大学。华中科技大学下属的土木工程与力学学院结构试验中心在211 工
