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铁路桥梁减隔震支座研究

2015-2-11    四川省技术创新方法网|http://www.chinatriz.net.cn/

     传统的桥梁结构一般采用普通抗震支座,地震发生时,支座不能提供给桥梁减震、隔震的作用,对桥梁的破坏会使桥梁倒塌,造成交通中断,对经济的发展造成直接和间接影响,重造新桥需要投入大量的资金、人力和物力。做好桥梁结构的抗震措施是保证交通畅通的关键。铁路桥梁减隔震支座研究的提出,目的是为铁路桥梁设计提供一种减隔震新技术。我们用创新原理和专利检索等工具以及Pro/Innovator软件的分析,得出“在桥梁结构系统中,预先加入一个结构,该结构在地震时发挥作用,减小地震时桥梁结构受到破坏的程度”;“改变桥梁结构系统中各部件作用关系的恒定不变为可变,使得桥梁结构各部件在地震和非地震时有不同的力作用关系”;“改变梁与墩之间在非地震和地震时的相对位移关系:静止或可动”。通过以上创新原理的启示,得出以下初步设计概念:在系统中预先加入一个部件,该部件在地震发生时改变系统中各部件的相互作用关系,使系统在地震和非地震时分别表现为不同的动态特征。
     结合各种减震,隔振的技术发明,利用Pro/Innovator软件的“How to”模型知识库,在不同行业里实现“reduce shock”/“dissipate force”等功能的专利中找到多个原理级的类比方案。如LUB速度锁定支座、E型钢阻尼支座、ZX型减隔震支座等。
我们选取了ZX型减隔震支座。支座主要由上摆、不锈钢板、聚四氟乙烯板、下摆、底座和钢悬臂耗能器构成。ZX型减隔震支座在承受的水平地震荷载到达一定值时,支座本身将产生相对移动,其承受的地震水平荷载不再继续增加,隔离了地震加速度峰值传递给桥梁上部结构,降低了桥梁墩台承受的地震作用力,同时,耗能器限制支座相对位移在一定允许范围内。
     ZX型减隔震支座,通过圆柱面、横桥向斜滑动面和纵横向悬臂曲杆的协同作用,可实现在高地震设防烈度地区桥梁支座的减隔震要求。该支座具有自复位能力,通过简单的修复,即可恢复支座的正常使用功能。ZX型减隔震支座结构简单、新颖,减隔震机理明确,试验证明采用ZX型减隔震支座来降低高烈度地震区桥梁墩台承受的水平地震力效果明显,可大大减少墩台的配筋量,解决高烈度地震区桥梁墩台配筋困难的问题,同时提高桥梁抗震的安全性。
在贵昆线沾益至昆明段增建二线DK589+082八家村2号双线大桥(11X32)试用,使用数量44套。从2006年支座安装及梁部架设至2007年1月通车以来,经受了2006年7月22日上午9点10分21秒,云南东北部昭通市盐津县发生5.1级强烈地震;2006年8月25日13时51分,云南盐津县再次发生5.1级地震;2007年6月3日凌晨5时,云南普洱县发生6.4级地震,震中在宁洱县城老城区;四川汶川发生8.0级强地震,支座运行完好,未出现任何损伤。
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