【摘" " 要】：對鉛芯隔震橡膠支座與高阻尼隔震橡膠支座進(jìn)行了物理參數(shù)及力學(xué)性能的比較，分析了兩種支座的優(yōu)缺點(diǎn)及各自的適用范圍，通過建立有限元模型，比較了不同墩柱高度下兩種支座地震響應(yīng)結(jié)果，通過計(jì)算分析得出了兩種支座可以在力學(xué)上相互替代的結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】：鉛芯隔震橡膠支座；高阻尼隔震橡膠支座；抗震性能

【中圖分類號(hào)】：U443.361 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：A 【文章編號(hào)】：1008-3197（2024）06-38-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.06.010

Analysis on the Difference in Seismic Performance Between Lead Core Isolation Rubber Bearings and High Damping Isolation Rubber Bearings

【Abstract】： This paper compares the physical parameters and mechanical properties of lead core isolation rubber bearings and high damping isolation rubber bearings， analyzes the advantages and disadvantages of the two types of bearings and their respective application ranges， and compares the seismic response results of the two types of bearings at different pier heights by establishing a finite element model. Through calculation and analysis， it is concluded that the two types of bearings can replace each other in mechanics.

【Key words】： lead core isolation rubber bearings；high damping isolation rubber bearings；seismic performance

鉛芯隔震橡膠支座是在普通疊層橡膠支座的中心插入鉛芯，通過鉛芯產(chǎn)生的滯后阻尼的塑性變形來吸收能量，并可通過橡膠提供水平恢復(fù)力，以達(dá)到減小地震能量的目的[1]。高阻尼隔震橡膠支座是在天然橡膠中加入各種配合劑，用來提高橡膠的阻尼性能[2]，主要是通過橡膠的阻尼特性形成滯回效應(yīng)，消減地震能量。

鉛芯隔震橡膠支座與高阻尼隔震橡膠支座都是目前橋梁工程應(yīng)用較廣的橡膠類減隔震支座。鉛芯橡膠支座在使用過程中橡膠易老化、開裂，鉛芯也會(huì)對周圍的環(huán)境產(chǎn)生污染[3]；高阻尼隔震橡膠支座剔除了鉛芯橡膠支座中的鉛棒，較少了對環(huán)境的污染；但是隨著使用年限和應(yīng)用數(shù)量的增加，其溫度穩(wěn)定性逐漸成為工程師擔(dān)心的主要問題[4]。目前，關(guān)于兩種支座的適用范圍并無明確結(jié)論，工程實(shí)際中對兩種支座的采用也較為隨意。為了給橋梁工程師在橋梁抗震設(shè)計(jì)時(shí)，提供更加明確地選擇方向，本文對兩種支座進(jìn)行全方位比較，明確兩種支座的物理參數(shù)、力學(xué)性能差異。

1 物理參數(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)分析

鉛芯橡膠支座較高阻尼橡膠支座具有更高的承載力，疲勞穩(wěn)定性及頻率穩(wěn)定性也更優(yōu)且造價(jià)相對較低；但是由于鉛棒是重金屬，會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生污染，因此環(huán)保性能較差，不宜在環(huán)保要求高的地方使用。而高阻尼橡膠支座具有尺寸較小、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。見表1。

2 力學(xué)性能比較

為了凸顯力學(xué)性能差異，對相同支座承載力、相同的剪切模量兩種支座墩底彎矩及梁端位移進(jìn)行比較分析。

2.1 結(jié)構(gòu)形式選擇

選取一聯(lián)3×30 m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)預(yù)制小箱梁作為本次計(jì)算的結(jié)構(gòu)形式，斷面全寬12.75 m；下部結(jié)構(gòu)采用蓋梁柱式墩+單排樁基礎(chǔ)形式，橫向?yàn)殡p柱，蓋梁高1.6 m、寬1.8 m，墩柱采用圓形截面，柱徑1.2 m；基礎(chǔ)采用單排樁基礎(chǔ)，樁徑1.5 m。

2.2 計(jì)算模型的建立

采用Midas Civil計(jì)算軟件建立全橋有限元模型。見圖1。

2.2.1 橋梁上部結(jié)構(gòu)模擬

地震作用主要集中于上部結(jié)構(gòu)，通過支座傳遞下來的水平力是控制下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，所以上部結(jié)構(gòu)必須準(zhǔn)確模擬。橋梁上部結(jié)構(gòu)的剛度在多數(shù)情況下可以假定為剛體；因此，上部結(jié)構(gòu)模型采用簡單的梁單元來進(jìn)行模擬，小箱梁橫向通過梁格單元模擬每片梁之間的橫向連接。

2.2.2 支座的模擬

隔震橡膠支座模型建立的主要目的是確定與其恢復(fù)力模型有關(guān)的幾個(gè)重要參數(shù)，包括：恒載反力、初始剛度、屈服后剛度、屈服力及水平等效剛度。根據(jù)規(guī)范[5～6] 選取兩種支座剛度，借助Civil軟件相關(guān)模塊，模擬支座結(jié)構(gòu)。見表2。

2.2.3 墩柱的模擬

將墩柱模型建立成簡單的柱單元，截面尺寸根據(jù)總體結(jié)構(gòu)形式確定。

2.2.4 基礎(chǔ)的模擬

建模時(shí)，最直接方式是將承臺(tái)樁基礎(chǔ)全部建成單元，然后增加土彈簧作為邊界條件；但是這樣建模計(jì)算量較大、運(yùn)算時(shí)間較長。根據(jù)“m法”的計(jì)算原理，為了簡化計(jì)算量，將樁基礎(chǔ)作為6自由度一般支撐來考慮。

2.2.5 地震荷載模擬

考慮到橋梁結(jié)構(gòu)一般為縱向地震動(dòng)控制，本次計(jì)算僅模擬橋梁結(jié)構(gòu)在縱向地震荷載作用下的響應(yīng)情況。按照工程所處地區(qū)，橋位處基本地震烈度7度，基本峰值加速度0.15g，場地土類別為Ⅳ類，特征周期分區(qū)值為0.40 s。采用時(shí)程分析方法，地震波為人工生成。見圖2。

2.3 計(jì)算工況

1）同一地震動(dòng)，不同墩高。為反映兩種支座在不同剛度橋梁中的響應(yīng)情況，分別選取墩柱凈高5、10、15、20、25 m進(jìn)行時(shí)程分析。根據(jù)不同墩高工況下的地震響應(yīng)，對兩種支座進(jìn)行相關(guān)比較。

2）同一墩高，不同地震動(dòng)。為反映兩種支座在不同地震烈度作用下的響應(yīng)情況，選取15 m高墩柱在0.05g、0.1g、0.15g、0.2g、0.3g加速度工況下的地震響應(yīng)，對兩種支座進(jìn)行相關(guān)比較。

3 計(jì)算結(jié)果

不同墩高下兩種支座對于地震響應(yīng)的規(guī)律完全一致；但是同一種支座用于不同墩高的橋梁結(jié)構(gòu)，結(jié)果響應(yīng)是不同的。對于墩底彎矩，當(dāng)墩高＜10 m時(shí)，墩底彎矩隨著墩高增加而增大；當(dāng)墩高＞10 m時(shí)，墩底彎矩隨墩高增加而減小。對于梁端位移，隨著墩高的增加，梁端位移會(huì)逐漸增大。對于墩底剪力，隨著墩高的增加，墩底剪力會(huì)逐漸減小。見圖3-圖5。

不同地震烈度工況下兩種支座對地震響應(yīng)的規(guī)律也是完全一致的；但是同一種支座用于不同烈度的地震作用，結(jié)果響應(yīng)是不同的。無論墩底彎矩、剪力還是梁端位移均會(huì)隨著地震烈度的增加而增大。見圖6-圖8。

4 結(jié)論

1）對鉛芯隔震橡膠支座與高阻尼隔震橡膠支座進(jìn)行了物理參數(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)分析，明確了兩種支座的適用范圍。

2）鉛芯隔震橡膠支座與高阻尼隔震橡膠支座在相同承載力、相同剪切模量的條件下，其力學(xué)性能基本一致；因此，兩種支座可以在力學(xué)上可以相互替代。

3）橡膠類減隔震支座在墩高不同時(shí)，發(fā)揮的作用有區(qū)別。當(dāng)墩高較小時(shí)，橡膠類減隔震支座對墩底彎矩影響較大；當(dāng)墩高較大時(shí)，橡膠類減隔震支座對墩底彎矩影響較小。在承受不同烈度的地震作用時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)的響應(yīng)隨著烈度增大基本呈線性增加趨勢。

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[2]陳彥江，郭凱敏，李" 勇，等. 橋梁高阻尼隔震橡膠支座性能試驗(yàn)研究[J]. 振動(dòng)與沖擊，2015，34（9）：136-140+148.

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[6]中國公路學(xué)會(huì)橋梁和結(jié)構(gòu)工程分會(huì).公路橋梁高阻尼隔震橡膠支座：JT/T 842—2012[S]. 北京：人民交通出版社，2012.