采用高阻尼橡膠支座與普通盆式支座的連續(xù)梁橋地震響應(yīng)對比分析

1、<p>　　采用高阻尼橡膠支座與普通盆式支座的連續(xù)梁橋地震響應(yīng)對比分析</p><p>　　摘要：以一座三跨連續(xù)梁橋為例，分析了分別采用高阻尼橡膠支座與普通盆式支座的橋梁結(jié)構(gòu)在E2地震作用下的地震響應(yīng)。對橋梁結(jié)構(gòu)的自振周期及橋墩墩底內(nèi)力進(jìn)行對比，結(jié)果表明，采用高阻尼橡膠支座使得橋梁結(jié)構(gòu)自振周期延長，增加耗能時間，減震效果明顯。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：連續(xù)梁橋；高阻尼橡膠支

2、座；時程分析；隔震減震 </p><p>　　中圖分類號：TB21文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A </p><p><b>　　一 概述 </b></p><p>　　地震反應(yīng)分析早期主要采用簡化的靜力法，20世紀(jì)50年代后發(fā)展為動力法的彈性反應(yīng)譜理論，20世紀(jì)60 年代后隨著計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，則對重要結(jié)構(gòu)開始進(jìn)行地震時程反應(yīng)分析[4]。 </p&g

3、t;<p>　　橋梁結(jié)構(gòu)的安全性十分重要，若采用完全由結(jié)構(gòu)抗震型設(shè)計，橋墩及結(jié)構(gòu)尺寸則會很大、配筋增多，這不僅會極大地影響結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，還勢必會影響到整個橋梁的美學(xué)造型和凈空要求。因此，橋梁迫切需要采用結(jié)構(gòu)控制技術(shù)，通過應(yīng)用隔震效果好、尺寸較小的減隔震裝置（支座）解決上述難題，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，確保工程項目的安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀。 </p><p><b>　　二 工程概況 </

4、b></p><p>　　本工程橋梁為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，跨徑組成為30+35+30m。橋型布置如圖1所示。橋梁橋?qū)?7.5m，橋面凈寬16.5m。箱梁梁高1.8m，單箱三室，懸臂2.2m，橫斷面詳見圖2。橋面鋪裝采用8cmC50混凝土鋪裝層+9cm瀝青混凝土鋪裝。0、3號臺為三柱式臺，柱距為5m。1～2號橋墩為中墩，三柱式墩，樁接柱，柱距5m，1#墩柱高7.5m，2#墩柱高8.5m，柱徑為1.6m，樁徑

5、1.8m。 </p><p>　　工程所在位置地震動峰值加速度為0.2g，地震基本烈度為Ⅷ度，反應(yīng)譜特征周期0.4s。橋梁屬B類橋梁，需按提高一級抗震設(shè)防。此外，擬建場地地形起伏較大，地貌較為復(fù)雜，處于8度地震區(qū)。 </p><p><b>　　圖1 橋型布置圖 </b></p><p>　　圖2 橫斷面構(gòu)造圖 </p><

6、p>　　三 結(jié)構(gòu)計算參數(shù)確定 </p><p>　　根據(jù)本工程地震烈度和場地土類別，采用和場址場地土條件相近的天然地震波，經(jīng)調(diào)整得到和設(shè)計加速度反應(yīng)譜兼容的一組地震波[3]，B類橋梁E2地震下抗震重要性系數(shù)取1.7[1]。計算采用的地震動時程如圖3所示。 </p><p>　　圖3 E2地震X、Y方向加速度時程 </p><p>　　結(jié)構(gòu)的約束條件為：采用表征

7、土介質(zhì)彈性值的m參數(shù)計算的等代土彈簧剛度模擬樁土作用，樁底固結(jié)；主梁與橋墩根據(jù)實際支座類型建立非線性連接。 </p><p>　　全橋單元采用梁單元模型，1#、2#墩頂采用HDR 固定型支座，0#、3#臺頂采用HDR滑板型支座，支座恢復(fù)力力學(xué)模型[2]詳見圖4～圖5，參數(shù)詳見表1。 </p><p>　　圖4 HDR-G固定型支座恢復(fù)力模型 圖5 HDR-H滑板型支座恢復(fù)力模型 </

8、p><p>　　其中，K1 為屈服前剛度，K2 為屈服后剛度，Sy 為屈服位移量，Sd 為設(shè)計阻尼位移，F(xiàn)y 為屈服力，F(xiàn)d 為設(shè)計阻尼力；K0 為屈服前剛度，X0y 為屈服位移，F(xiàn)0y 為滑動摩擦力。 </p><p>　　表1 HDR高阻尼隔震橡膠支座計算參數(shù) </p><p>　　支座型號 屈服力(KN) 屈服位移(mm) K1(KN/mm) K2(KN/mm)

9、阻尼比 </p><p>　　HDR-H-滑動 61.8 9.3 6.63 / 0 </p><p>　　HDR-G-固定 496.4 54.1 9.18 2.62 15% </p><p><b>　　四 結(jié)構(gòu)效應(yīng)分析 </b></p><p>　　1、根據(jù)建立的動力計算模型，采用子空間迭代法分別求解橋梁結(jié)構(gòu)動力特性。

10、成橋階段前8階結(jié)構(gòu)自振周期，詳見表2。 </p><p>　　表2 自振周期對比 </p><p>　　階次 1 2 3 4 5 6 7 8 </p><p>　　普通支座周期(s) 2.02 0.40 0.32 0.24 0.23 0.19 0.17 0.15 </p><p>　　HDR支座周期(s) 2.72 2.16 1.87 0.3

11、0 0.25 0.22 0.20 0.19 </p><p>　　從上表可知，采用高阻尼橡膠支座可增大結(jié)構(gòu)自振周期、減小自振頻率，從而增加結(jié)構(gòu)耗能時間。 </p><p>　　2、E2地震水準(zhǔn)下普通支座橋梁地震動力時程分析墩底彎矩和HDR隔震橋梁地震動力時程分析墩底彎矩對比如表3所示。 </p><p>　　表3 墩底彎矩對比 </p><p&g

12、t;　　墩號 順橋向彎矩(KN·m) 橫橋向彎矩(KN·m) </p><p>　　普通支座 HDR支座 減震率 普通支座 HDR支座 減震率 </p><p>　　1#墩 1#柱 10922 4552 58% 1820 4856 -167% </p><p>　　2#柱 10766 4565 58% 8052 4890 39% </p&g

13、t;<p>　　3#柱 10595 4560 57% 1820 4860 -167% </p><p>　　2#墩 1#柱 1022 3552 -248% 1050 3420 -226% </p><p>　　2#柱 1045 3546 -239% 12230 3480 72% </p><p>　　3#柱 1032 3556 -245% 1060 3

14、435 -224% </p><p>　　從上表可知，采用普通盆式支座時：1#墩設(shè)置固定/單向支座，0#、2#、3#墩臺設(shè)置單向/雙向活動支座。設(shè)置固定支座的1#墩承受的縱向地震力產(chǎn)生的彎矩特別大。在E2水準(zhǔn)地震作用下，1#墩底最大順橋向彎矩是2#墩底承受的10.7倍。2#墩墩底順橋向內(nèi)力減震率為負(fù)，是因為非隔震狀態(tài)下， 2#墩順橋向設(shè)置活動支座，E2 地震下所受的水平力為滑動摩擦力，而采用HDR支座隔震狀態(tài)下，

15、全橋協(xié)同抗震， 2#墩墩底順橋向內(nèi)力雖然會大一些，但整體地震力水平較低。 </p><p>　　采用高阻尼隔震支座時：與非隔震普通盆式支座狀態(tài)進(jìn)行墩底受力相比，減震效果明顯，墩底順橋向彎矩最大減震58%，墩底橫橋向彎矩最大減震72%。 </p><p><b>　　五 結(jié)論 </b></p><p>　　(1)高阻尼隔震橡膠支座在橋梁上部結(jié)構(gòu)與

16、下部結(jié)構(gòu)設(shè)置隔震層，可有效改善結(jié)構(gòu)在地震力作用下的受力狀態(tài)。 </p><p>　　(2)采用非隔震支座時，對于設(shè)置固定支座的橋墩，在地震力的作用下，將承受巨大的內(nèi)力作用。 </p><p>　　(3)通過隔震支座滯回耗能有效地減少了橋墩承受的彎矩和剪力，降低了墩頂縱橫向位移，取得了優(yōu)異的減隔震效果。 </p><p>　　(4)通過合理的減隔震設(shè)計，使得每個橋墩縱

17、向和橫向承受的地震力較均勻，由原結(jié)構(gòu)的單墩抗震演變?yōu)槿珮驑蚨展餐拐?，從而保證了橋梁結(jié)構(gòu)抗震安全。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范（CJJ 166-2011）北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011 </p><p>　　[2] 中華人民共和國交通運輸行業(yè)標(biāo)