[发明专利]使用牺牲部件的桥梁保护装置

说明书

技术领域

本发明大体涉及一种用于保护桥梁的装置，更具体地涉及一种利用牺牲部件(sacrifice means)的桥梁保护装置，该牺牲部件支撑正常地施加在桥梁上的载荷，而在施加地震载荷时则通过牺牲对称结构的主支撑件引起的塑性行为来消散能量，从而保护桥梁的其余主要部件。

背景技术

在本说明书中，牺牲部件是一种应用被动消能装置的原理的部件。该部件在没有地震发生时用作起结构作用的辅助件。该部件在施加地震载荷时起到被动消散在结构件上产生的能量的作用，进而提高桥梁性能。

在韩国实用新型登记No.217048“用于防止主结构与连续式钢制箱形桥分离的装置”(2001年1月5日)和韩国实用新型No.335443“桥梁支撑装置”(2003年11月28日)中公开了与被动消能装置或桥梁保护装置有关的传统技术。

在现有技术中，已经采用各种结构作为被动消能装置，迄今提出的典型装置包括：金属屈服阻尼器(Metallic yield dampers)、摩擦阻尼器(Friction dampers)、黏弹性阻尼器(Viscoelastic dampers)、粘滞流体阻尼器(Viscous fluid dampers)、调谐质量阻尼器(Tuned massdampers)及调谐液体阻尼器(Tuned liquid dampers)等。(Soong等人，2002)。

金属屈服阻尼器利用金属的非线性行为特性消散由地震载荷在结构件中产生的能量。一般较常使用的装置为了将塑性变形均匀地分布到整个结构上而使用其中采用X形或三角形钢板的ADAS(加劲消能装置(addeddamping and stiffness))。其它装置具有主要在日本采用的蜂巢形状的、使用剪切板的结构，并且由不同于钢的铅或形状记忆合金等形成(Aiken等人，1992))。

近年来，在另一种类型的金属屈服阻尼器中使用了一种无黏着支撑件(unbonded brace)(拉伸压缩/压缩屈服支撑件)。无黏着支撑件包括用于通过轴向力消散能量的钢制部分和抵抗由于压缩力引起的压曲变形的混凝土管。(Wada，1999；Clark，1999；Kalyanaraman等人，1998)。

摩擦阻尼器用作利用两个物体之间产生的摩擦力消散由地震载荷在结构中产生的能量的装置。也就是说，该摩擦阻尼器利用由压缩力和拉伸力在该装置中产生摩擦力消散能量。

摩擦阻尼器的滞后回线(hysteresis loop)由于库仑摩擦的特性而成为矩形。可以利用该滞后模型分析由于地震载荷而引起的结构的状态(Pall等人1982；Gringorian等人1993；以及Pall等人1993)。

黏弹性阻尼器主要通过共聚物或玻璃材料等的剪切变形而消散在结构中产生的能量(Chang等人1994；Shen等人1995；Lai等人1995)。

粘滞流体阻尼装置可主要分为粘滞壁(viscous wall)和VF阻尼器两部分。粘滞壁是其中一板在填充有粘滞流体的薄钢板之间运动的同时消散能量的装置。粘滞壁已经用于军事和航空领域，近年来则应用于土木结构。

VF阻尼器包括一限定有一孔的活塞，并且该活塞在充填有例如硅或油的高粘性物质的缸中运动(Constantinou等人，1993)。VF阻尼器通过由所述孔的操作原理而使得活塞运动而消散由地震载荷产生的能量。VF阻尼器通常与桥梁隔震底座(grider base isolation)一起使用。

调谐质量阻尼器和调谐液体阻尼器使用特定质量或液体以降低在特定模式下的响应大小。在这些阻尼器中，由于可增大在其它模式下的响应大小，因此可应用于主动质量阻尼器，该阻尼器是一种主动控制系统而不是被动控制系统。

除了和桥梁隔离底座一起使用的VF阻尼器外，上述用于改进桥梁性能的装置都可以局部用于桥梁结构，从而主要对它们进行发展以用于建筑结构(Zahrai等人，1999)。

同时，近年来已经进行了研究牺牲部件的工作，该牺牲部件在不发生地震时用作辅助部件而完成预定的结构功能，而在施加地震载荷时其被动地消散在结构中产生的能量，从而提高桥梁性能。

例如，剪切键(Shear key)及安装在桥梁端部的延性支撑(bracing)通过引入地震载荷的牺牲部件的原理而形成。