贵州平塘特大桥创世界第一高桥塔记录 | 高墩桥梁的隔震新思路

其实,写这篇博客是因为今天看到了一则新闻和一篇论文,两篇文章写的并不是一个事儿,但有个共同点——高!

先来看新闻吧:世界第一高混凝土桥塔正在贵州修建

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这是建设中的贵州平塘特大桥效果图。(图片来源:中南大学风洞实验室)

拟建平塘特大桥位于贵州省余庆至安龙高速公路平塘至罗甸段,跨越近300m深的槽渡河峡谷,大桥采用(249.5+550+550+249.5)m三塔双索面叠合梁斜拉桥,主塔在横桥向的形式为“钻石”型,三塔高度分别为320m、328m和298m,大桥跨度和主塔高度均居同类桥梁世界前茅,建成后将成为世界第一高混凝土桥塔。

该桥预计总投资15亿元,于2016年4月开工建设,预计2019年10月建成。

对于三塔斜拉桥本身在结构计算方面就有高难度,而且又遇上了高墩,抗风抗震都成了大问题。

所谓无巧不成书,今天恰好读到了一篇关于高墩抗震新思路的文章,由同济大学土木工程防灾国家重点实验室刘世佳、田圣泽、袁万城撰写的《高墩桥梁减隔震设计的一种新思路_新型高墩隔断结构体系》

这篇文章中关注的高墩是这样的:

马水河特大桥
马水河特大桥 (图片来源)

高墩桥梁多采用双薄壁结构形式,主要目的就是要做一个柔性结构,在地震作用下实现耗散能量的目标。

文章认为,目前主流的这种结构形式,即非减隔震体系,抵抗地震作用的方式有:

  • 结构、构件自身强度;
  • 结构延性;
  • 结构耗能能力;
  • 让选定结构构件局部产生塑性铰以降低刚度,延长周期。

这些方法的确可以达到抗震的目的,但都会对结构造成损伤,修复困难。

有些情况下,减隔震设计是解决实际结构结构抗震问题的唯一有效途径,其优点包括:

  • 减隔震装置延长结构体系周期
  • 利用阻尼装置防止墩梁相对位移过大
  • 可使各墩共同承受水平力,改善内利分布

目前的研究中,基底隔震技术已经成为热点问题之一,但基底隔震的非线性程度高,进行精确数值分析较困难。

于是,三位学者提出高墩隔断体系,看这个图:

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其特点为:

  • 不改变原桥墩截面和设计高程;
  • 高墩上部分与梁固结,形成框架体系;
  • 将原本设置与墩顶的制作设置于隔断处;
  • 提高了桥梁下部结构刚度,即放弃了柔性结构体系。

为了验证效果,文章用SAP2000建立三维空间有限元模型进行计算,对设置高墩隔断和不设置高墩隔断两种模型进行纵向与横向地震响应对比分析,分析内容包括:支座滞回耗能、结构位移响应、桥墩和基础的内力响应、系梁内力响应……

结果显示:

  • 把柔性结构变刚性结构,支座耗能突出;
  • 新型结构体系可以合理分配结构刚度、墩身质量、控制梁体和桥台处支座位移;
  • 支座水平力到墩底距离减小,减小了墩底弯矩,降低基础的要求

作者提出了这样的一种新结构体系,并不意味着就可以成为现实了,接下来还会有相当多的工作需要做,比如:

  • 放到桥墩中间的支座应该具有怎样的结构,和普通的桥梁支座应该具有更高的承载力和更强的隔震效果吧;
  • 桥墩隔断,从哪个位置隔断更好一些?不同结构形式、不同荷载等级的桥梁是否具有不同的合理隔断位置?
  • 如何保证结构的稳定性?隔断附近位置的构造措施如何设置?施工工艺如何?

未来是任重而道远,但有了新思路,接下来会有模型实验么?要是做的话,还真是挺吸引人的。

 

 

 

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不断加深对结构体系的理解,不断完善描述结构行为的理论与数学模型,不断探测结构真实的受力状态——以此为业,以此为生,以此为乐๑乛◡乛๑

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