揭秘港珠澳大桥抗震隔震设计

揭秘港珠澳⼤桥抗震隔震设计
它是“新的世界七⼤奇迹之⼀”
它拥有400多项新专利、7项世界之最
它被英国卫报评为
“新的世界七⼤奇迹”之⼀
这⾥能看到360°⽆敌海景
“这么长的桥,全程采⽤隔减震措施,在国内外都是没有的。”中国⼯程院院⼠周福霖如是说。周福霖院⼠领衔的⼴州⼤学⼯程抗震研究中⼼港珠澳⼤桥技术团队,担纲了港珠澳⼤桥全部桥梁部分的抗震、隔震与减震设计。
保安对讲机采⽤了减隔震措施后,⼤桥的抗震性能从抗震烈度从7度跃升⾄9度。“相当于类似汶川地震级别的地震都完全不怕。”如此,经过隔震保护的港珠澳⼤桥,在防震上可称得上是“世界上最安全的跨海⼤桥”。
KU波可调电衰减器这是⾸次在世界最长的跨海⼤桥的建设中应⽤减隔震技术,为我国⼤型跨海桥梁采⽤减隔震技术提供范例。
1
引⼊减隔震技术
解决港珠澳⼤桥抗震设计难题
港珠澳⼤桥全长55公⾥,作为最长的有地震断层穿过的跨海⼤桥,要如何抗震呢?通常桥梁应对地震的办法是,或把基础加⼤加固,或配置更多墩⾝钢筋,或做限位措施,确保⽀座、结构不破坏。这些抗震措施,俗称硬抗。港珠澳⼤桥却不能。
⼀般桥梁的承台在⽔⾯,即在桥底打基础,再做平台,再在平台上做墩⼦、做桥梁。但由于港珠澳⼤桥处于珠江⼝,阻⽔太⼤会影响环境,采⽤抗震设计在遇到⼤震时⽆法避免桥墩底部的损伤,在海底的桥墩的加固修复是⾮常困难的。
周福霖院⼠团队打破了国内的“百年惯例”,引⼊减隔震技术,有效地解决港珠澳⼤桥抗震设计难题。所谓隔震,就是在房屋和地⾯之间,加⼀层橡胶和钢板隔层叠加的隔震⽀座柔软层,通过延长结构⾃振周期,避开地⾯振动共震区,从⽽隔离地震,能使隔震结构地震反应衰减⾄⾮隔震结构的1/4⾄1/8,成倍提⾼建筑的耐震安全性。
这是⼀种可以减弱地震伤害的⼯程技术,应⽤到房屋建设已有⼆三⼗年的历史。在四川雅安7.0级强震
后,芦⼭县⼈民医院门诊综合楼因采⽤了周院⼠团队的橡胶隔震垫、阻尼器等先进的隔震技术,成为地震中唯⼀正常运转的救护中⼼,被誉为“楼坚强”。汶川第⼆⼩学也采⽤了相同的隔震结构,在地震中成为了“安全岛”。桥梁隔震,原理亦然。“以柔克刚。”⼴州⼤学⼯程抗震研究中⼼该项⽬负责⼈温留汉·留沙教授,对南都记者如是解释隔震技术。
但在跨海⼤桥上,在国内外都还没有先例,复杂的海洋地质、地震的不确定性等是问题的关键。
经过详细计算分析,周福霖院⼠团队将隔震层设置在桥墩顶部,即⼤桥桥墩与桥梁连接之间。当地震来临时,桥墩和桥梁之间是柔软的,产⽣的地震的惯性⼒⼤概只有原来的1/3—1/4。“仿佛柔软的⽔托着海上⾏驶的船,地震中,船体与震动的海⾯之间隔着柔软的⽔层,船体只会慢慢摇摆,加在船体的地震冲击⼒被卸去”。周福霖说,“这么长的桥,全程采⽤隔震,在国内外都没有。”
2
试验填补国内空⽩
世界最⼤尺⼨隔震装置性能试验
压缩空气汽车⼀开始,港珠澳⼤桥的抗震要求,是能对抗烈度为8的地震。早在2010年,抗震研究中⼼已开始为期⼀年的前期预研究。团队多次奔⾛到施⼯现场,集全单位⼒量提交了全桥减隔震的实际⼯程应⽤和可
⾏性分析报告。“中⼼80%的⼈员参与了港珠澳⼤桥抗震设计研究。”
减隔震技术⽅案确定后,具体到施⼯和建设了,隔震层使⽤什么材质,具体厚度多少,如何制作,哪家的材质和产品合格,计算结果能被实验验证吗?为了得出这些问题的答案,抗震研究中⼼做了数不清的实验与测试。
“⼀辈⼦能赶上这个世纪⼯程很难得。”中⼼的马⽟宏教授对这个⼯程的研究印象⼗分深刻:2011年的正⽉⼗五,⾃⼰还在实验室。根据安全地震动的参数,团队对10多个⼚家,⼏百个产品开展实验研究。从桥梁受温度、频率、压⼒变化下,对耐久性、疲劳度、徐变等做全⽅位型式检验。“每个⽼师轮流做实验,⽩天⿊夜分班导,有的单个实验持续⼀个多⽉,整个⼤半年连轴转。”
2012年4⽉,中⼼在重庆交通科研设计院实验室进⾏港珠澳⼤桥地震模拟试验。抗震研究中⼼黄襄云教授是主要参与者之⼀。她介绍,1:20的缩尺⽐⼤桥模型被放在桥梁模型振动台上,再⽤⼈造⼤地震进⾏测试。“这已是试验机上能够做到的最⼤试验了”。
桥梁模型振动台试验
为了完成动⼒实验,⼯程抗震研究中⼼团队在重庆住了⼤半年时间。期间,团队开展了港珠澳⼤桥单墩拟静⼒试验、单墩减隔震与抗震性能对⽐的全桥振动台模型试验、多跨模型减隔震与抗震性能双联振动台⼀致激励和⾮⼀致激励试验,试验验证了减隔震效果。
实验结果⾮常成功。“看了这个试验以后,我⼼⾥更有底了,试验之前我们算过⼤概有(减震)4倍的效果,现在看不⽌4倍,⽐4倍还要好。”周福霖院⼠和港珠澳⼤桥管理局的相关⼈员此前在接受媒体采访时介绍。
这意味着,团队⾸次成功实施了减隔震跨海⼤桥复杂⼤型模型振动台试验,验证了设计⽅案和数值模拟结果。⾸次通过试验揭⽰了桥墩⾼差、⾏波效应、相邻桥跨相互作⽤等因素对减隔震效果的影响。
同时,这也是世界最⼤尺⼨的隔震装置性能试验,形成了⼀整套针对⼤尺⼨隔震装置检测试验的⽅法,试验填补了国内空⽩,也为⼤尺⼨隔震装置国产化提供了开拓性的技术⽀撑。
3
盐酸储存罐历时近10年形成了⼀整套
海上桥梁抗震减震技术体系
在位于⼴园中路248号的⼴州⼤学⼯程抗震研究中⼼实验室⾥,港珠澳⼤桥桥墩模型仍然放置其内。这⼀模型已屹⽴8年。桥墩被模拟地震波冲击产⽣的细纹,也见证着团队在这座⼤桥的研究历程。“能在世纪⼯程中,贡献⼀份⾃⼰的⼒量,⾮常⾃豪和骄傲。”研究中⼼的成员都表⽰。
防辐射面罩
从确定⽅案、分析计算、全桥模型整体试验、单桥模型试验、隔震减震装置试验到整体的技术总结、课题验收,⼴州⼤学⼯程抗震研究中⼼港珠澳⼤桥技术团队历时近10年,承担了港珠澳⼤桥全部桥梁部分的抗震、隔震与减震设计,形成了⼀整套海上桥梁抗震减震技术体系。
单墩模型振动台试验
⽐如,对⼤桥⾮通航孔桥,采⽤基于橡胶隔震⽀座和摩擦摆隔震⽀座的隔震技术,有效降低了桥梁的地震响应;对通航桥采⽤黏滞液体阻尼器减震优化设计,减少了在地震作⽤下桥塔底部和桥墩底部的内⼒响应。
不仅如此,团队解决了在海洋复杂地质地震条件和恶劣⽓候环境下采⽤减隔震技术的关键技术问题:塑性铰设置在桥墩上部,减少海上桥墩检修难题;解决了减隔震装置在海洋环境下的耐久性问题;确定了减隔震装置防台风初始刚度,保证⼤桥按120年设计寿命能够抵抗8级地震、16级台风。
通过抗震性能优化设计,港珠澳⼤桥的抗震安全性⼤幅提⾼,从抗7度跃升⾄抗9度。同时造价有所降低,⼤桥桥墩下⾯的桩基数量减少了约20%。
“8级地震不怕,9级地震也不怕”。周福霖称,经过隔震保护的港珠澳⼤桥,在防震上可以称得上是“世界上最安全的跨海⼤桥”。温留汉·⿊沙教授说抗9度,意味着在世界上也是具有很⾼的抗震性能的桥梁,成为世界⼤型桥梁建设的⼀个典范。
“前⼏天我们去参加中⽇隔震技术交流会的时候,正好碰上通车,国外的同⾏⼀看,都觉得⾮常了不起,这么⼤的桥,这么难的施⼯环境,这么⾼的质量,确实是⼀个奇迹。”温留汉·⿊沙教授在接受媒体采访时如是说。
⼯程完成后,团队还编制了《港珠澳⼤桥主体⼯程桥梁⼯程施⼯图设计阶段桥梁减隔震装置技术要求》和《减隔震产品的型式检验及技术标准》形成了跨海⼤桥隔震装置技术标准,为减隔震技术的推⼴提供技术⽀撑,填补了国内空⽩。
>dvd制作

本文发布于:2024-09-22 15:45:47,感谢您对本站的认可!

本文链接:https://www.17tex.com/tex/4/180250.html

版权声明:本站内容均来自互联网,仅供演示用,请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系,我们将在24小时内删除。

标签:抗震   地震   桥梁   减隔   技术   试验
留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码:
Copyright ©2019-2024 Comsenz Inc.Powered by © 易纺专利技术学习网 豫ICP备2022007602号 豫公网安备41160202000603 站长QQ:729038198 关于我们 投诉建议