摩擦摆支座由于其的圆弧滑动面,可以有效地限制隔震支座的位移,并在震后能自动复位,从而受到了广泛的关注。摩擦摆基础隔震结构振动台试验研究和有限元分析表明采用摩擦摆支座可有效减小上部结构的地震反应。在国外摩擦摆支座不仅用于新建建筑物,而且用于已有建筑的抗震加固,在国内随着对摩擦摆支座研究的深入研究,在桥梁中已开始逐步应用。
长期以来,世界各国普遍采用的结构抗震技术是利用结构构件的强度、刚度及塑性变形能力来抵抗地震力。实践证明,这种抗震设计方法存在以下不足:
(1)结构构件尺寸较大,材料用量多。由此可造成工程造价的增加,并影响建筑物的美观、实用性。
(2)抗震效果不尽如人意。从国内外一些大地震可以看出,传统的抗震结构实际安全贮备不高,强烈地震后破坏严重。
(3)震后经济损失很大。地震作用下,即便结构构件不损坏或失效,非结构构件及建筑物内部设备等的破坏也会十分严重。在当今社会,这种损失不可低估。
实用性
铁路桥梁与公路桥梁相比,具有上部荷载大,梁、墩横桥向宽度小的特点,支座一般相对都较大;另外减隔震支座一般需要一定的位移空间,故减隔震支座水平面内外观尺寸可能较大,这就有可能出现支座安装不上的现象(特别是在高烈度地震地区)。
针对铁路桥梁常用简支梁的特点,TJGZ—FPB系列支座的水平滑动位移D与地震动峰值加速度4。有如下对应关系:A 0.29地区,D=60 mm;Ag=0.39地区,D=80 mm;A 0.49地区,D=100 mm。由此设计出来的支座可以很好地满足桥梁的实际情况。
减隔震支座在满足抗震需求的同时还必须满足线路正常运营这一前提条件,即要求在常规外荷载(如常遇地震力、列车制动力)下,桥梁具有足够的刚度。
为此,摩擦摆支座仍然分为固定型、单向型、多向型几种类型,分别对应于常规支座的固定型、单向型和多向型(在设计地震力下三种支座则均变为活动性支座)。
安全性
上述支座水平滑动位移D已经包含了一定的的安全系数,保证支座满足抗震要求。但与此同时固定型和单向型支座仍然设置了固结于下板的“凸块",如图5所示,以防止支座意外失稳。经过精心选材和多次试验的“保险销"可以保证固定型和单向型支座在常规荷载下保持固定性或导向性;在设计地震力下“保险销"及时剪断,保证各支座发挥减震耗能作用。
*性
支座设计时借鉴了国外较成熟的技术,并仔细研究了国内外同类产品的应用情况及效果,取长补短,最终成型。
结合材料科学的发展,支座设计时精心选材。如选用Q345B钢材作为主体,可使支座小巧而可靠;保险销一般选用10.9级螺栓,并设置了“凹槽",以保证设计地震作用下及时脆性剪断,实现减震耗能目的;可以保证支座在地震作用下性能稳定。
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