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XGQZ城市桥梁降振球型钢支座

<span style="color: rgb(0, 0, 0);"><span style="font-family: 宋体,SimSun; font-size: 14px;">无标题文档</span></span>一、背景

近年来,我国城市交通正在迅猛地发展,在运行速度、运载重量和运输密度上都有大幅度的提高。城市交通以其成本低、运能大、速度快、节约能源、减少污染、安全性以及不受气候影响等优点得到了国家的重视。为了保证高速列车运行的安全性,城市交通采用高架桥形式时,车辆在高架桥上运行,产生的振动通过桥墩传到地基中,再由场地向四周传播,进一步诱发附近地层及建筑物的二次振动,从而影响沿线建筑物的安全以及周围居民的生活和工作。城市轨道交通振动传播如图所示:



图1.1 城市交通振动传播路径图

目前高架桥梁隔振主要有三种隔离模式:弹性基础、明沟和充填式沟渠。对于高频振动,上述三种隔振措施的效果都可以,但对于低频振动,上述三种隔振措施所引起的效果都不大。

城市交通大都经过城市人口密集区,振动对人体的不良影响中,频率起着主要作用,人对不同频率的振动会有不同的反应,不同的频率振动所引起的感受和病变特征也是不同的。其主要集中在20HZ以下低频振动。



因此这也对交通系统引起的环境振动研究提出了新的要求,也引起了各国研究人员的高度重视。

目前,桥梁支座一般采用盆式支座、橡胶支座、球型钢支座等三种形式。

盆式支座、橡胶支座具有较好的降噪性能,但由于橡胶固频较低,在低频时对振动起到放大作用,减振效果不理想 。


图1.2盆式橡胶支座受力情况图

普通球型钢支座主要通过钢件、钢件之间的平面摩擦副和球面摩擦副来将承受的载荷传递到墩台(见图1.3 ),其传力路线简洁明确,内部应力分布比较均匀,具有较长的使用寿命,但支座的降噪性较差。


图1.3 普通球型钢支座受力情况图

为降低城市交通低频振动对周边环境的影响,我公司在普通球型钢支座基础上,开发出了XGQZ降振型城市桥梁球型钢支座。

二、支座结构

XGQZ系列城市桥梁降振球型钢支座主要由上支座板、球面衬板、降振垫、下支座板、平面滑板、球面滑板等组成,如图所示:


1、上支座板;2、平面不锈钢板;3、平面滑板;4、平面衬板;5、降振垫;6、定位销;7、球面衬板;8、球面不锈钢板;9、球面滑板;10、下支座板;11、锚固组件

图2.1 XGQZ系列城市桥梁降振球型钢支座结构示意图

三、工作原理及特点

1、支座本体结构与常规球型钢支座完全相同,满足轨道桥梁对支座的承载、转动、滑动等要求。

2、将普通球型钢支座球冠衬板分成了柱面和球冠两部分,中间隔以降振垫,利用降振垫的降振,将桥面轨道交通振动减小,从而起到降振作用。
降振垫的降振原理:

降振垫采用高阻尼材料,具有对低频振动具有较好的减振效果,且其强度高,耐久性和经济性好;高承载、耐久性好,又能有效降低交通荷载引起的桥梁低频振动等特点。

高阻尼合金的阻尼性能比一般金属材料的大得多,并且耐高温,其阻尼耗能来自于相界面的非弹性流动,当受到周期性外力作用发生振动时,其微观构造中的相界面将发生粘滞流动或变形,吸收一部分振动能并将其转化为热能或其他能量而耗散掉,从而达到从振源和噪声源入手,起到减振降噪的目的。这种减振降噪方法具有工艺简便,适用范围广等特点,是一种积极有效的阻尼技术。如今,高阻尼合金的研究与开发已成为材料科学的一个热点,迄今为止,人们已开发了多种阻尼合金并已应用于实际中,如潜艇、鱼雷和舰船螺旋桨以及汽车发动机缸盖、皮带轮等。
降振垫阻尼性能试验研究

1)、竖向加载试验

采用φ95×50试样,竖向分别加载到50MPa、100MPa后,回复到零再重复加载到50MPa、100MPa,往复三次,得到材料压缩滞回曲线,如下图所示:


图3-1 0-50MPa加载滞回曲线 图3-2 0-100MPa加载滞回曲线

可以看出,高阻尼合金竖向加载曲线较普通钢具有明显的滞回环,相对于普通钢材具有较大的能耗。

2)、对高阻尼合金及Q345钢杆件进行了自由振动试验,两种材料波形随时间的衰减曲线如图:


图3-3 高阻尼合金的FBD图 图3-4 Q345钢的FBD图

可以看出:由高阻尼合金材料加工的梁的自由振动波形衰减速度很快,而普通Q345钢的自由振动波形衰减情况不明显。相对普通Q345钢,阻尼合金具有较好的降振性能。

3)、通过对高阻尼合金及Q345钢板振动降振试验发现:采用阻尼合金比采用普通Q345钢时的减振率达提高了几个数量级,采用阻尼合金时,减振率可达15%以上,具有明显的降振效果


图3-5 采用10mm厚阻尼合金和Q345时的减振率——频率曲线

四、支座适用范围

适用于时速250km/h,设计地震动峰值加速度 Ag≤0.3g的地区的轨道交通工程。

五、支座代号


本例表示用于设计竖向承载力5000kN,纵桥向设计位移±50mm,适用于地震动峰值为0.1g≤Ag≤0.2g的纵向活动XGQZ简支桥梁降振球型钢支座,支座调高量20mm。

六、技术性能

1、竖向设计承载力

简支梁支座分为6级:500、1000、1500、2000、2500、3000 kN

连续梁支座分为33级:1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、5500、6000、7000、8000、9000、10000、12500、15000、17500、20000、22500、25000、27500、30000、35000、40000、45000、50000、55000、60000、70000、80000、90000、100000kN。

2、设计转角为0.02rad;

3、支座可承受的水平力:

固定支座(GD)水平各向、纵向活动支座(ZX)横桥向、横向活动支座(HX)顺桥向的设计水平荷载:

0.1g:竖向设计承载力的10%;

0.2g:竖向设计承载力的20%;

0.3g:竖向设计承载力的30%;

多向活动支座(DX)水平各向、纵向活动支座(ZX)顺桥向、横向活动支座(HX)横桥向的设计水平荷载为竖向设计承载力的5%。

4、支座设计位移:

多向活动支座(DX)和横向活动支座(HX)横桥向设计位移为±40mm。

多向活动支座(DX)和纵向活动支座(ZX)顺桥向设计位移为:±50mm、±100mm、±150mm、±200mm,当有特殊需要时,可根据桥梁具体情况确定;

5、活动支座设计摩擦系数μ:常温型 ≤0.03,耐寒型 ≤0.05。

6、降振性能:

能有效减少车辆通过桥梁时引起的振动,采用降振功能元件后,在频率小于20HZ时,支座振动传递率T≤0.85;隔振效率η≥15%

7、适用温度范围:

常温型支座(C),适用温度范围-25℃~+60℃;

耐寒型支座(F),适用温度范围-40℃~+60℃。

8、支座适应线路纵向坡度范围0~20‰,连续梁支座不设置顶面坡度,简支梁支座上支座板顶面坡度设置:

1)当代号为i0时,上支座板顶面不设坡,可适应线路纵向坡度范围 0≤i≤4‰;

2)当代号为i8时,上支座板顶面设置8‰的纵坡,可适应线路纵向坡度范围4‰<i≤12‰ ;

3)当代号为i16时,上支座板顶面设置16‰的纵坡,可适应线路纵向坡度范围12‰<i≤20‰。

4)当代号为ixx时,上支座板顶面设置xx‰的纵坡,可适应线路纵向坡度xx‰。上支座板顶面设置xx‰坡度时,如顺桥向上支座板薄端厚度小于20mm,应增加板厚,保证顺桥向上支座板薄端厚度不小于20mm,支座组装高度相应提高,并与用方单位沟通该尺寸变化。

9、调高量:支座采用垫板调高,调高量20mm、40mm。