1.全寿命设计理论 大跨径桥梁兴建初期,世界各国的桥梁设计往往仅重视建设技术和结构安全,没有涉及桥梁使用期的管理、养护、维修、构件更新、拆除等诸多问题,只注重建设期的投资成本而不重视桥梁整个寿命周期内的总成本。第二代桥梁设计理论采用可靠度理论评估桥梁使用寿命,实现结构耐久性设计,但仍然存在生态友好欠佳、材料构件不能满足寿命周期耐久性要求等问题。为改善大桥的运营质量,美国、日本和芬兰等国首先开始重视大跨径桥梁的全寿命周期设计,主要考虑全寿命周期费用、生态友好性、结构安全性等。当前中国桥梁设计方法已发展为基于全寿命周期费用、绿色交通和结构性能化的第三代工程使用寿命设计理念。桥梁全寿命设计理念是桥梁发展的必然趋势,中国学者在基于构造细节的全寿命设计方法、全寿命周期内的养护管理以及风险评估、全寿命周期成本计算以及全寿命理念的桥梁管理等方面开展了研究,并不断涌现出新成果。
大跨径桥梁兴建初期,世界各国的桥梁设计往往仅重视建设技术和结构安全,没有涉及桥梁使用期的管理、养护、维修、构件更新、拆除等诸多问题,只注重建设期的投资成本而不重视桥梁整个寿命周期内的总成本。第二代桥梁设计理论采用可靠度理论评估桥梁使用寿命,实现结构耐久性设计,但仍然存在生态友好欠佳、材料构件不能满足寿命周期耐久性要求等问题。为改善大桥的运营质量,美国、日本和芬兰等国首先开始重视大跨径桥梁的全寿命周期设计,主要考虑全寿命周期费用、生态友好性、结构安全性等。当前中国桥梁设计方法已发展为基于全寿命周期费用、绿色交通和结构性能化的第三代工程使用寿命设计理念。桥梁全寿命设计理念是桥梁发展的必然趋势,中国学者在基于构造细节的全寿命设计方法、全寿命周期内的养护管理以及风险评估、全寿命周期成本计算以及全寿命理念的桥梁管理等方面开展了研究,并不断涌现出新成果。
大跨径桥梁上部结构一般包括:钢梁(钢箱梁或钢桁梁)、索塔或拱、缆索系统、桥面铺装及附属设施等,现以钢箱梁及索塔为代表予以介绍。
钢箱梁是大跨径桥梁主梁常用的结构形式,常分为若干节段,通过预制吊装完成。其于1958年由Geoge Stephenson提出并首次应用。中国于上世纪90年代起开始兴建大跨径钢箱梁桥,得到了越来越广泛地应用。
钢箱梁的截面形式多为整体单箱,少量采用分离双箱形式,参见图4,采用整体单箱截面形式如苏通长江大桥、江阴长江大桥等[17-18],采用分离双箱断面形式如舟山西堠门大桥。
钢箱梁是由顶板、腹板及底板等构件通过焊接形成的一个闭合的流线型薄壁箱体结构,为增加箱体整体性及刚度,在箱体内沿桥纵向一定间距设置横隔板,有的桥也设置纵隔板。顶板、腹板和底板均为正交异性板结构,纵、横隔板上一般都设有加劲肋。通常,钢箱梁通过较大的扁平度、两侧的导风尖角来实现其抗风功能,必要时增设抗风导流板。中国部分大跨径桥梁的钢箱梁设计参数见表5。
正交异性钢桥面板由顶板及纵(横)向加劲肋等构件组成,其中纵、横向加劲肋垂直设置,与上部顶板共同承重。纵向加劲肋排列通常较为紧密,而横向加劲肋布置间距较大,这种特殊的结构形式使得钢桥面板在横纵方向上刚度不同,受力性能也呈现正交异性特征。正交异性板既可以作为梁体顶部结构参与箱梁的整体受力,又可以作为桥面板承受车辆荷载作用。正交异性钢桥面板上方铺设有一定厚度的铺装层,既提供车辆行驶,又起到将车辆荷载扩散至顶板作用。
正交异性板顶板厚度设计时常常以挠度控制为目标,中国《公路钢结构桥梁设计规范 》(JTG D64-2015)规定行车道处顶板厚度不小于14 mm,裸板横桥向的局部挠跨比应不大于1/700,含铺装的正交异性板横桥向的局部挠跨比应不大于1/1000。中国大跨径钢桥的顶板厚度一般在12~20 mm之间,初期顶板厚度常用12 mm,从使用状况看,顶板疲劳及桥面铺装寿命小于设计预期,后来的设计都增加了顶板厚度。
纵向加劲肋分为开口肋和闭口肋两种形式,如图5所示。开口肋的截面形式有平钢板、圆头角钢、L型以及倒T型等,其主要特点为:易于加工与连接,但抗弯、抗扭刚度较小;闭口肋的截面形式有V型、Y型、U型以及半圆型等,对制作精度和焊接工艺要求高,但抗弯、抗扭刚度大。综合受力性能、施工便利等方面考虑,大多数公路桥钢桥面板设计采用U型加劲肋。
提高加劲肋的高度可提高抗弯惯性矩及刚度,但如果加劲肋高度过大,易发生局部屈曲。为减小应力集中,避免刚度变化过大并增强局部稳定性,中国《公路钢结构桥梁设计规范 》(JTG D64-2015)建议纵向加劲肋等间距布置,并连续通过横隔板或横向加劲肋。在厚度方面,各国规范规定U肋厚度均不小于6 mm。
中国一些钢桥U型加劲肋参数如表6所示,基本呈现标准化设计,上口宽300 mm或320mm,下口宽180 mm左右,高300 mm或280 mm,U肋中心间距600 mm左右。较早建成的大桥U肋厚度多为6 mm,在南京长江二桥建成后,中国大跨径钢桥的U肋厚度多为8 mm。
钢箱梁横隔板主要有肋式、桁架式和实腹板式三种,中国已建成的大跨径钢箱梁桥多采用实腹板式横隔板。《公路钢结构桥梁设计规范》 (JTG D64-2015)规定:采用闭口加劲肋的箱梁内横隔板间距不宜大于4 m,且在桥梁支点对应处必须设置横隔板,中国已建大跨钢箱梁桥横隔板间距一般为3.0~4.0m,厚度一般为8mm~14 mm。
为降低纵向加劲肋穿越横隔板开口处的疲劳应力,各国规范均给出了推荐的开口形式,具体如表7所示。
索塔是斜拉桥与悬索桥的重要组成部分,索塔的设计不仅要满足受力要求,还需获得好的美观效果。从横桥向看,常用的有单柱形、“A”字形与倒“Y”形索塔等;从纵桥向来看,常用的有柱式、“门”式、“A”字形以及倒“Y”字形等。柱式索塔通常用于主梁抗扭刚度较大的桥梁;对于抗风抗震要求较高的大跨径桥梁,常用横向刚度大的“门”式、“A”形与倒“Y”形的索塔形式。
混凝土索塔结构由塔柱与横梁组成,塔柱一般为钢筋混凝土薄壁空心截面,受力较大的横梁一般为薄壁箱型预应力结构,为提高塔柱局部及整体稳定性,在塔柱空心截面中沿高度方向按一定间距设置横隔板,并在塔底设置一段实心截面,实现与塔座的刚度匹配,星海湾大桥采用了门式塔(图6a);苏通长江大桥采用“A”字形混凝土索塔(图6b),塔柱采用空心箱型截面,根部塔柱为满足抵抗船舶撞击要求,下塔柱底部10m的范围内采用实心箱型截面;沪通长江大桥桥面以上索塔采用倒“Y”形钢筋混凝土索塔(图6c),是结合其基础形式以及考虑抗风稳定性和经济性选取的,桥面以下塔柱内收为钻石形结构,桥塔高325m,塔柱及横梁全部采用C60高性能混凝土。
相比混凝土索塔,钢结构索塔具有“自重轻、抗震性能好、易于造型、工厂化制造现场安装利于缩短工期、环保”等优点 ,但其要求更高的建造精度,中国建成的钢结构索塔以“人”字形与倒“Y”形较为常见。
南京长江三桥在国内首次采用“人”字形钢结构索塔,共设置有4道横梁,下塔柱与下横梁为钢筋混凝土结构,其余部分为钢结构,钢塔柱截面尺寸沿竖直方向保持一致;除钢混过渡节段外,每个钢索塔共分为21个节段,节段间连接方式为高强螺栓连接。钢索塔节段的精准安装成为建设的难点和重点,包括:钢索塔各节段空间位置的检测、轴线测量纠偏、顶面倾斜度检测以及塔柱空间尺寸的复核,采用“定位-调整-测量-定位”的流程逐步提高精度。
泰州长江大桥为三塔两主跨悬索桥,若中塔刚度不足,则塔顶会产生较大的位移,桥面挠度将超出规范允许;若其刚度过大,会有主缆在塔顶产生滑移的风险。经研究,中塔设计为总体柔性,塔顶可允许发生一定的位移,但需控制在允许范围,为实现这个目标,中塔设计为纵桥向“人”字形的钢塔,调节尺寸配合,从而达到中塔的最佳刚度,中塔横桥向为“门”式结构,如图6d所示。两侧钢塔柱均分为21个吊装节段,包括首节段、下塔柱、合拢段、下横梁、上塔柱以及上横梁6部分, 各节段之间采用高强螺栓连接。
锚碇是悬索桥重要结构构件,主要形式包括重力式和隧道式,重力式锚碇以重力抵抗主缆拉力在竖直方向上的分力,以锚块与地基的摩擦力抵抗主缆在水平方向的拉力;隧道式锚碇以围岩自重、锚塞体自重抵抗主缆拉力在竖直方向上的分力,以围岩与锚塞体界间的楔形挤压力及界面上的抗剪断力抵抗主缆在水平方向的拉力,由于重力式锚碇在各种地质条件下均适用,所以目前应用最为广泛,如润扬长江大桥、南京长江第四大桥、江阴长江大桥、阳逻长江大桥及虎门大桥等。重力式锚碇基础根据地质条件不同,可采用板式或筏式扩大地基、沉井和地下连续墙。
润扬长江公路大桥作为当时中国第一大悬索桥,锚碇基础以微风化基岩为持力层,采用矩形地下连续墙方案(图7a ),以地下连续墙与内衬组合的形式来构成基本的基坑结构,并通过浇筑、回填钢筋混凝土最终完成基础施工。
南京长江第四大桥南锚碇基础采用“∞”形地下连续墙结构(图7b) ,该类结构形式的基础可以通过自身的形状优势利用“拱效应”来抵抗侧向土压力,具有较好的抑制结构变形的能力。基础以中风化砂岩为基底持力层。
群桩基础是斜拉桥及悬索桥主塔基础最为常见的形式之一。群桩基础具有承载力大、沉降量小等优点, 经常被用做桥梁结构的基础形式,适用以下情况:荷载较大、地基上部土层软弱、适宜的持力层位置较深、采用刚性扩大基础困难大、其它方案在技术经济上不合理。该基础形式不需要大范围开挖,减少了支护、降水等工作。苏通长江大桥主塔基础是世界上规模最大的群桩基础,基础构造如图8a。桩基由131根直径2.8m或2.5m的钻孔灌注桩组成,呈梅花形布置,桩长117m。承台为哑铃型,长113m,宽48m,厚度由边缘的5m增大到中间的13m。为了减轻船舶撞击与地震的影响,设计采用了永久钢护筒与钢筋混凝土桩共同承力的组合模式,这种组合形式提高了桩的承载力,也因无需拔出钢护筒而提高了工效。
沉井基础能承受较大的垂直荷载和水平荷载,对地基承载力的要求相对较低,更适用于深水地区。沉井具备多种功能,其可作为基础结构的同时,也可在施工时作为挡土和挡水的围堰结构物。若沉井基础在着床定位过程中存在偏差,可将该段沉井腔室内的水排出,当该段沉井基础上浮后,重新进行着床定位。
60年代中国在修建南京长江大桥时,发展了重型混凝土沉井、深水浮运钢筋混凝土沉井以及钢沉井,实现了沉井在中国深水桥梁基础中的应用。泰州长江公路大桥[39]中塔墩沉井基础是目前世界上入土深度最大的水中沉井基础,基础构造如图8b。基础采用圆角矩形沉井,断面尺寸为58m × 44m,总高度为76.0m。下部为钢壳混凝土沉井,分为7个节段。首节段在岸上预制,并在水中接高至38m,在壳体内浇筑混凝土使其下沉。上部38m为钢筋混凝土沉井,分为5个节段浇筑。沪通长江大桥主塔也采用倒圆角矩形沉井基础,基础尺寸达到86.9 m×58.7 m×115 m,是当时世界上最大的沉井基础。钢沉井井壁采用双壁隔舱结构,可以在下沉中充分利用水的浮力,通过调节隔舱内的水位,来调节沉井位置。
大跨径钢箱梁桥面铺装层的主要功能是在设计期内为车辆提供安全、平整、稳定的行驶路面,要求铺装层具有较高的强度及耐久性,较好的耐磨性及抗滑性,优良的高温稳定性、低温抗裂性以及防水防渗透能力,还需要与顶板有较好的变形协调性能。正交异性板不仅作为钢箱梁的顶板,也直接作为桥面沥青铺装层的底板。由于正交异性板结构刚度小,因此钢桥铺装层比普通高等级公路上沥青混合料面层受力更加复杂,在外力作用下容易受压、受剪破坏。在重型车辆反复碾压后,沥青混合料会因蠕变变形或永久变形而产生车辙,且铺装层与钢板的粘结性能在高温和荷载作用下很难满足工程要求,所以大跨径钢桥面铺装已经成为一个世界性的难题,是近二十多年来中国大跨径桥梁研究投入最多的领域之一,并取得了丰硕的成果,使得该项技术取得世界领先地位。
钢桥面铺装材料主要有环氧沥青混合料、浇注式沥青混合料及沥青玛蹄脂碎石(SMA)三种,设计研究内容主要集中在沥青混合料与集料级配两方面。针对钢桥所在自然环境与使用条件的特点,对沥青与集料进行选择并对集料级配进行调整优化。
环氧沥青是通过将环氧树脂加入沥青中,与掺入沥青中的固化剂发生固化反应后形成的一种不可逆的固化物。这种材料从根本上改变了沥青的热熔性质,赋予了沥青优良的物理力学性质。环氧沥青混合料具有优异的力学特性及路用特性,在低温时韧性良好,高温时不熔化,同时具有密水性及抗裂性。
2001年建成通车的南京长江二桥是中国首次使用环氧沥青铺装的大跨径钢桥。由林同炎工程咨询公司作为技术顾问,东南大学团队进行了全面系统的研究,首先在中国成功地实现了超过十五年设计使用寿命的目标,第一、二车道运行20年至今未经大修仍保持较好的使用性能,是中国使用年限最长的大跨径钢桥面铺装。之后,利用南京二桥的研究成果和成功经验,中国大跨径钢桥开始大批量使用环氧沥青作为钢桥面铺装,部分桥梁使用情况如表8所示。
目前中国常用的环氧沥青包括美国ChemCo环氧沥青混合料、国产新型环氧沥青与日本KD-BEP环氧沥青混合料三种。
美国环氧沥青由两部分组成:环氧树脂和由石油沥青、固化剂及其它助剂组成的均质混合物;而日本环氧沥青由三部分组成:基质沥青、环氧树脂(主剂)和固化剂(硬化剂) 。由于美国环氧沥青的施工条件要求比日本环氧沥青苛刻,近些年中国大跨径钢桥的新建与养护多采用日本环氧沥青。自2005年以来,日本环氧沥青已在中国约15座桥梁中应用,抗高温稳定性及抗疲劳耐久性能良好。
中国对环氧沥青配置方法及机理的研究始于上世纪90年代,东南大学团队的研究成果斐然。有百余位博士研究生先后开展相关研究工作,提出了大跨径桥梁钢桥面铺装的设计理论与方法,建立了基于疲劳等效的钢桥面铺装体系轴载换算方法,进行铺装结构的动力分析,并在三十多座特大跨径桥梁上成功应用。研究团队还发明了国产新型环氧沥青及相关设备,打破了国外产品的高价垄断。相关研究表明,国产环氧沥青混合料具有良好的低温施工性能及宽泛的容留时间范围, 且其强度的发展主要取决于养生的时间及温度。与SMA-10相比,国产环氧沥青混合料具有良好的高温稳定、抗疲劳、抗水损害及低温抗开裂性能。与美国环氧沥青相比,国产环氧沥青混合料的早期强度与之相当,而后期强度增长期更长,强度更高。就综合性价比而言,中国环氧沥青是一种优良的大跨径钢桥面铺装材料。国产环氧沥青混合料60℃车辙试验几乎无变形,与美国环氧沥青具有相同优良的耐高温性能;同时,国产环氧沥青混合料低温劈裂残留强度比约为80%,比美国环氧沥青混合料高,且具有较好的水稳定性及耐油腐蚀性。国产环氧沥青已在武汉天兴洲长江大桥与上海长江大桥等数十座大桥成功应用。
浇注式铺装材料起源于德国,并在欧洲及日本得到广泛应用。浇注式沥青混合料可以在190℃~240℃高温下,无需碾压、依靠自身流动性即可摊铺成型,且保证较低的孔隙率。德国一般称浇注式沥青混合料为guss asphalt,日本称其为高温拌和式摊铺沥青混合料,英法及地中海沿岸国家称其为沥青玛蹄脂。中国通常翻译为嵌压(碾压)式或浇注式沥青混合料。1999年江阴长江大桥借鉴英国技术,在国内首次采用浇注式沥青混合料铺装。但由于对高温稳定性与抗车辙性能要求考虑不足,加之超载车辆通行较多,大桥通车后不久即发生大面积破坏。2000年中国引进德国浇注式沥青混合料铺装技术及配套设备,2003年在山东胜利黄河公路大桥中得到应用,之后在多项桥面铺装等特殊铺装工程中推广。随着我国钢桥面铺装技术的持续提高,浇注式沥青混合料的性能得到了很大改善。由于其独特的防水、抗老化、抗疲劳性能以及对钢桥面板优良的追从性和粘结性能,适用于作为下层铺装结构。目前,浇注式沥青混合料在国内钢桥面铺装领域所占的比重接近50%,并且形成了多种铺装方案,如浇注式沥青混合料+改性沥青 SMA、浇注式沥青混合料+环氧沥青混凝土、浇注式沥青混合料+开级配抗滑磨耗层OGFC。
与传统沥青混凝土及沥青玛蹄脂碎石 SMA 的成型方式不同,浇注式沥青混合料成型时既不需要击实,也无需旋转压实,只需经过短时间的振动即可使混合料达到设计要求。浇注式沥青混合料的这种特点使传统的马歇尔设计法及体积设计法均不能适用。根据日本、德国研究浇注式沥青混合料的工程实践,浇注式沥青混合料的设计采用刘埃尔流动度(Lueer Test) 、贯入量(Indentation Test)、动稳定度、低温极限弯曲应变等作为控制指标。
中国大跨径钢桥面铺装设计的相关研究始于上世纪八十年代,但这些研究成果应用于上世纪的大跨径钢箱梁桥上鲜少取得成功。一般情况下,2-3年后桥面铺装均发生了大规模病害而不得不进行大修或重新铺装。
东南大学团队经系统研究,发明了薄层铺装结构,解决了开裂、脱层和变形协调三大难题,提出了四种典型的铺装结构,首次提出了钢桥面铺装设计参数和指标体系、铺装与钢箱梁整体优化设计技术,建立了钢桥面铺装设计方法,该方法已应用于之后建设的几十余座大桥。
随着铺装材料性能的不断改善和对铺装受力的研究深入,研究人员发现铺装的厚度和模量对于铺装层内部和层间的应力影响较大,并据此进行了组合铺装结构的相关研究。目前中国大跨径桥梁钢桥面铺装典型结构主要有4类:
1) “双层环氧”结构,这种铺装方式强度高,耐久性能好,具有优异的高温稳定性能,如图9a所示;
2) “浇注式+SMA”结构,采用这种铺装结构可以获得较好的低温稳定性,桥面系变形协调性能较好,但是在持续高温条件下易产生车辙病害,如图9b所示;
3) “环氧EA+SMA”结构,这种铺装结构具有高强度以及优异的高温稳定性,低温稳定性良好且易于后期养护,如图9c所示;
4) “浇注式+环氧EA”结构,这种铺装结构复合强度高,变形协调性及低温稳定性较好,如图9d所示。中国已有的桥面铺装工程实践表明,双层环氧铺装结构在适应超载和高低温稳定性方面表现最好,因而在工程应用中也最为广泛。表9总结了中国大跨径桥梁钢桥面铺装典型结构形式。
长江三角洲和珠江三角洲是中国大跨径桥梁最多的地区,这两个地区也是中国台风的多发区。受强风影响而产生的桥梁振动可能会引起桥梁构件过早疲劳破坏,严重的还会导致桥梁毁坏。大跨径桥梁随着跨径的不断增大,结构相对较柔,风荷载对桥梁结构的影响也越来越大,因此,对大跨径桥梁的抗风设计提出了更高的要求。
经过多年的经验积累,中国的科研技术人员摸索出符合中国地理气候环境的抗风设计理论及风振控制方法。虎门大桥(1997年建成通车,主跨888m的悬索桥)是中国首个通过大尺度气动弹性模型风洞试验,对结构抗风性能进行系统研究的桥梁,从而保证了大桥的抗风性能满足要求。上海卢浦大桥(2003年建成通车,主跨550m的拱桥)在抗风设计中使用结构与气流相互作用的桥梁涡振等效风荷载计算方法,在国际上首次采用以涡振最长累计时间和首次发生涡振概率两个指标对桥梁涡振进行评价,并采用建筑膜结构进行涡振控制。在对西堠门大桥(2009年建成通车,主跨1650m的悬索桥)的抗风性能研究中,中国率先研发了系列桥梁颤振气动控制技术与桥梁涡振气动控制技术,对钢箱梁截面进行优化,采用间距6m的开槽双箱梁截面,发明了桥面侧向大风控制技术,研发了具有风-车-桥耦合振动分析功能的软件。
目前,中国已经建立了高精度桥梁气动力模型和风振分析方法,发展和完善了桥梁抗风设计理论;建立了大跨度缆索承重桥梁气动外形设计准则,提出了系统性的风振气动控制技术;研制成功“桥面开槽+气动翼板”组合的新型气动控制装置;自主研制了世界最大、性能先进的边界层风洞,为大跨度缆索承重桥梁抗风设计研究提供了关键技术装备。但基于抗风理论的目前实际状况,大跨径桥梁抗风设计尚难以摆脱对风洞试验的依赖、实现纯计算机数据的抗风设计。
中国地处欧亚地震带和环太平洋地震带之间,大多数地区属于地震多发区,因此中国历来重视大跨径桥梁结构的抗震设计。经过多年的理论和试验研究与工程实践,中国在大跨径桥梁抗震设计理论和桥梁减震隔震技术等方面取得了很大的进展。
在大跨径桥梁抗震设计理论方面,早期桥梁抗震设计主要采用静力理论或反应谱理论。随着对桥梁震害现象认识的不断提高,国内外研究学者认识到桥梁的抗震设计仅以生命安全和防止桥梁结构破坏为目标是远远不够的,基于性能的抗震设计理念应运而生[85]。基于性能的抗震设计理论能够考虑不同桥梁的结构特点和性能要求,综合运用桥梁的设计参数、结构体系、构造要求和减隔震装置来保障其在各级地震作用下的抗震性能。当前中国也与美国、日本、新西兰等国家一样将基于性能的抗震设计理论引入本国的抗震设计规范。地震动是桥梁抗震结构设计中一个重要的输入参数。当前桥梁结构抗震分析一般采用一致激励法作为地震动的输入方法,即假设桥梁基础各处的振幅与相位振动均相等,不考虑地震动空间变化的影响。但是对于大跨径桥梁,其结构为线性结构,地震动的空间差异性影响较为显著,目前主要通过多点激励的方式加以改进,但是总体而言,有关地震动空间差异特征的研究仍未成熟,是未来研究的一个重要方向。
在桥梁减震隔震技术方面,现有的工程经验表明,采用桥梁减隔震技术是减小桥梁地震灾害的一种行之有效的方法。近几十年来,桥梁隔震技术研究集中在开发性能稳定且隔震效果良好的隔震支座,并给出相应的计算模型,通过优化支座参数,实现降低结构地震响应的目的。常见的桥梁隔震支座主要包括叠层钢板橡胶类支座和滑动摩擦类隔震支座。港珠澳大桥采用了新型高阻尼橡胶支座,该支座由多层高阻尼橡胶和钢板交替叠置而成,尺寸为1.77m×1.77m,是目前世界上最大的橡胶隔震支座,承载力高达3000 t,能协助桥梁抵抗8级地震作用。滑动摩擦类隔震支座受地面运动频率的影响较小,具有承载力大、耐久性好、自恢复能力强等优点,受到桥梁工程师的广泛关注,在苏通长江大桥和上海长江大桥等桥梁中得到运用。目前桥梁减震技术主要是通过主动控制、半主动控制、被动控制等方式,通过调整桥梁的刚度和阻尼特性,进而减小地震作用下的桥梁振动。其中,被动控制技术因具有可靠性高、维护成本低、研究理论较为成熟等优点而应用较为广泛。主动控制技术主要通过施加外部能量来改变桥梁的振动,具有较好的控制效率,但其可靠性没有保障,应用范围较为有限。半主动控制技术是目前发展前景较好的一种减震技术,能够综合主动控制技术和被动控制技术的优势,具有良好的可靠性和适应性,目前在多个桥梁结构中得到成功应用。
总体而言,中国的桥梁减隔震技术在过去取得了令人瞩目的研究进展,但仍存在许多亟待解决的技术难题。例如,橡胶类隔震支座的设计使用年限(一般为50年)与桥梁结构设计使用年限(一般为100~120年)不匹配,由于大跨径桥梁重量较大,橡胶类支座的服役寿命较短会给日后维护带来较大的挑战;隔震支座的稳定性和智能化等功能有待进一步提高;减震装置可能会改变桥梁结构的动力特性,进而影响桥梁结构抗震分析的准确性等。未来需要进一步研究并明确减震装置与桥梁结构的相互作用关系。