周思通 王付鳴 陳龍修

(揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225000)

談城際高速連續(xù)梁橋鉛芯橡膠支座減隔震

周思通 王付鳴 陳龍修

(揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225000)

結(jié)合城際高速連續(xù)梁橋的抗震設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，介紹了橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)傳統(tǒng)方法的局限性，提出了鉛芯橡膠支座減隔震設(shè)計(jì)措施，指出鉛芯橡膠支座具有較高的延性和柔性，可起到良好的隔震效果。

橋梁，抗震設(shè)計(jì)，鉛芯橡膠支座，減隔震設(shè)計(jì)

城際鐵路作為城市軌道的一種，具有運(yùn)量大、速度快、安全、準(zhǔn)點(diǎn)、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源和用地等特點(diǎn)，給市民提供了另一種更方便、更快捷的出行“時(shí)空隧道”，不但極大地緩解了城市交通壓力，還給人們帶來一種穿越時(shí)空的全新感覺。鉛芯橡膠支座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、便于工廠預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)施工，造價(jià)便宜，對(duì)高速鐵路橋梁有很好的減隔震效果。支座可以有很好的滯回阻尼，水平柔性，有利于降低梁體自振頻率、延長橋梁整體周期、提高結(jié)構(gòu)阻尼，可以有很好的減隔震效果。鉛芯橡膠支座的優(yōu)良性能對(duì)我國未來高速鐵路在地震區(qū)的建設(shè)有非常重要的作用。

1 橋梁震害

國內(nèi)外的地震災(zāi)害表明，震區(qū)橋梁的損壞崩塌，不僅阻礙當(dāng)時(shí)的救災(zāi)行動(dòng)，而且影響災(zāi)后的重建工作。橋梁工程為生命工程之一，通過工程研究人員對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)地震災(zāi)害的調(diào)查與研究，更加有效的了解橋梁設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和理論研究，很好的為工程結(jié)構(gòu)提供參考和設(shè)計(jì)依據(jù)。據(jù)資料顯示，大部分因地震而破壞的橋梁數(shù)量很高。大量的震害分析表明，引起橋梁震害的主要原因有三個(gè)：1)橋梁場(chǎng)地對(duì)抗震不利，地震引起地基失效或地基變形；2)發(fā)生的地震強(qiáng)度超過了抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)；3)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，施工不合理，結(jié)構(gòu)抗震能力不足。

2 橋梁支座震害

在地震中，橋梁支座震害較為普遍，工程人員認(rèn)為是橋梁結(jié)構(gòu)體系中結(jié)構(gòu)抗震性能比較薄弱的部分。支座的破壞形式表現(xiàn)為支座位移，錨固螺栓拔出或剪斷，支座本身結(jié)構(gòu)破壞，連接件與支擋板等構(gòu)造措施不足，最主要原因是支座設(shè)計(jì)沒充分考慮抗震的要求。制作破壞的同時(shí)，伴隨著支座下支撐墊石混凝土被壓碎破壞。支座脫落，傾倒，移位后，會(huì)引起結(jié)構(gòu)傳力路徑的改變甚至中斷，從而對(duì)結(jié)構(gòu)其他部位的抗震產(chǎn)生影響，嚴(yán)重的則會(huì)直接導(dǎo)致落梁，進(jìn)一步加重結(jié)構(gòu)震害。因此，支座震害需要特別給予關(guān)注。橋梁支座是橋梁和橋墩的聯(lián)系和傳力部件，它的破壞將直接影響到橋梁和橋墩。以往常采用加強(qiáng)構(gòu)造設(shè)計(jì)，增加支擋限位措施來保證支座在地震中不被破壞。但是近幾十年，由于橋梁跨度的不斷增大，支座通過加強(qiáng)構(gòu)造設(shè)計(jì)來提高抗震能力的設(shè)計(jì)方法遇到一定困難，因此工程界開始研究減隔震耗能式的抗震支座。

3 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論

3.1 靜力法

早期的研究人員由于理論和工具的限制，只能采取較簡(jiǎn)單的靜力法，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，方便研究和計(jì)算。同時(shí)將加速度作為結(jié)構(gòu)破壞的唯一參考指標(biāo)，雖然可以很好的研究地震災(zāi)害，但是模擬是相當(dāng)粗糙和簡(jiǎn)單的，對(duì)大體積結(jié)構(gòu)的研究相當(dāng)不錯(cuò)，但是這種方法忽略了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，理論方面很不完善，存在極大的局限性，而結(jié)構(gòu)物的基本固有周期比地面運(yùn)動(dòng)卓越周期小很多時(shí)，大體積結(jié)構(gòu)的剛度很大，幾乎不變形，彈性靜力法很好的適用。

3.2 反應(yīng)譜法

反應(yīng)譜通過理想簡(jiǎn)化成單自由度體系的地震響應(yīng)描述地震的特性，運(yùn)用強(qiáng)震儀記錄地震的加速度時(shí)程曲線，取用一組不同的自振周期和一定阻尼比的單自由度彈性體系計(jì)算出的最大加速度反應(yīng)值與結(jié)構(gòu)周期的關(guān)系曲線。巧妙的將動(dòng)力問題轉(zhuǎn)化為靜力問題，使得復(fù)雜的結(jié)構(gòu)地震反映計(jì)算變得更加方便簡(jiǎn)單，可以很好的提高結(jié)構(gòu)的整體抗震設(shè)計(jì)水平。反應(yīng)譜曲線可以很好的反映地震的災(zāi)害，同時(shí)考慮了地震的振幅和頻譜，但其中也暴露了反應(yīng)譜法沒有考慮地震持時(shí)和非線性的影響。

3.3 動(dòng)態(tài)時(shí)程分析法

動(dòng)態(tài)時(shí)程分析是隨著強(qiáng)震記錄的豐富和大型計(jì)算機(jī)有限元軟件的廣泛應(yīng)用而發(fā)展起來的，時(shí)程分析方法需要高速的運(yùn)算速度和存儲(chǔ)內(nèi)存，并且需要對(duì)運(yùn)算的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的分析，就目前該方法運(yùn)用不大。但從地震運(yùn)動(dòng)的振幅、頻譜和持時(shí)三要素來看，動(dòng)態(tài)時(shí)程分析優(yōu)于靜力法和反應(yīng)譜法，可以運(yùn)用于結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下進(jìn)入塑性狀態(tài)時(shí)，并且能反映結(jié)構(gòu)在地震過程中的時(shí)間歷程和地震動(dòng)持時(shí)效應(yīng)，是目前可以運(yùn)用的方法。

4 橋梁減隔震

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以很好的抵抗部分地震震害，但是對(duì)結(jié)構(gòu)的損失還是相當(dāng)大，不能起完全的抵抗作用，而減震橋梁可以很好的保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)，是目前最好的橋梁設(shè)計(jì)形式。

4.1 減隔震簡(jiǎn)介

減隔震設(shè)計(jì)起源于隔震技術(shù)。減隔震橋梁通過布設(shè)橡膠支座，可以很好的切斷地震波的能量傳遞給橋梁上部結(jié)構(gòu)，橡膠支座有很大的阻尼力，可以很好的消耗結(jié)構(gòu)的能量對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)起到了保護(hù)的作用。減隔震技術(shù)是一種簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)，先進(jìn)的工程抗震手段，目前正運(yùn)用廣泛，是抗震設(shè)計(jì)的好的方法。

4.2 鉛芯橡膠支座

鉛芯橡膠支座，具有密度大，熔點(diǎn)低，塑性高，強(qiáng)度低的特性，是一種很好的隔震支座的材料，其具有較高的延性和柔性，所以在橡膠變形時(shí)候可以吸收大量的能量，同時(shí)有很好的自復(fù)位能力及較高的初始剛度，滿足橋梁的正常使用。鉛芯橡膠支座是在分層橡膠支座中部插入鉛芯，以改善分層橡膠支座阻尼性能。通過合理的設(shè)計(jì)鉛芯橡膠支座，可以起到很好的隔震效果，改善地震力在下部結(jié)構(gòu)中的分布，用以保護(hù)基礎(chǔ)和墩臺(tái)等結(jié)構(gòu)，同時(shí)還能起到部分保護(hù)上部結(jié)構(gòu)，而對(duì)于城市高速鐵路橋采用多跨長連續(xù)橋的正常使用下，由溫度，收縮，徐變等變形下引起的抗力，鉛芯橡膠支座可以起到很好的作用。

5 結(jié)語

進(jìn)入21世紀(jì)以來，全球高烈度地震發(fā)生頻率很高,在國內(nèi)外的多次大地震中,作為生命線工程的橋梁遭受了嚴(yán)重破壞,由地震導(dǎo)致的橋梁破壞引起各國高度重視。傳統(tǒng)的橋梁抗震設(shè)計(jì),主要是從結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和延性方面考慮,耗費(fèi)大量材料,在高烈度區(qū)橋梁的抗震能力往往還難以滿足要求。能有效減小地震作用效應(yīng)的橋梁減隔震技術(shù)得到推廣使用。橋梁隔震技術(shù)主要針對(duì)大量使用的連續(xù)梁橋型,通過在橋面底部與橋墩頂部的結(jié)合部位放置能起到水平柔性支承和能量耗散作用的隔震支座降低地震響應(yīng)。

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[4] 范立礎(chǔ)，王志強(qiáng).橋梁減隔震設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，2001：31-40.

Abstract: According to the seismic design of some inter-city express continuous beam bridge, the paper introduces the limitation of the traditional methods for the seismic design of the bridge structures, points out the design methods for the seismic mitigation and absorption of the lead rubber bearing, and indicates it has better ductility and flexibility, so it has better seismic effect.

Key words: bridge, seismic design, lead rubber bearing, seismic mitigation and absorption design

On lead rubber bearing seismic mitigation and absorption of inter-city express continuous beam bridge

Zhou Sitong Wang Fuming Chen Longxiu

(CollegeofArchitectureScienceandEngineering,YangzhouUniversity,Yangzhou225000,China)

2016-03-18

周思通(1991- )，男，在讀碩士； 王付鳴(1993- )，男，在讀碩士； 陳龍修(1988- )，男，在讀碩士

1009-6825(2016)15-0168-02

U441.3

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