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

(揚州大學建筑科學與工程學院，江蘇 揚州 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

(揚州大學建筑科學與工程學院，江蘇 揚州 225000)

結(jié)合城際高速連續(xù)梁橋的抗震設計現(xiàn)狀，介紹了橋梁結(jié)構(gòu)抗震設計傳統(tǒng)方法的局限性，提出了鉛芯橡膠支座減隔震設計措施，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，抗震設計，鉛芯橡膠支座，減隔震設計

城際鐵路作為城市軌道的一種，具有運量大、速度快、安全、準點、保護環(huán)境、節(jié)約能源和用地等特點，給市民提供了另一種更方便、更快捷的出行“時空隧道”，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空的全新感覺。鉛芯橡膠支座結(jié)構(gòu)設計簡單、便于工廠預制和現(xiàn)場施工，造價便宜，對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)良性能對我國未來高速鐵路在地震區(qū)的建設有非常重要的作用。

1 橋梁震害

國內(nèi)外的地震災害表明，震區(qū)橋梁的損壞崩塌，不僅阻礙當時的救災行動，而且影響災后的重建工作。橋梁工程為生命工程之一，通過工程研究人員對橋梁結(jié)構(gòu)地震災害的調(diào)查與研究，更加有效的了解橋梁設計的重點和理論研究，很好的為工程結(jié)構(gòu)提供參考和設計依據(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：1)橋梁場地對抗震不利，地震引起地基失效或地基變形；2)發(fā)生的地震強度超過了抗震設防標準；3)橋梁結(jié)構(gòu)的設計，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計沒充分考慮抗震的要求。制作破壞的同時，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，會引起結(jié)構(gòu)傳力路徑的改變甚至中斷，從而對結(jié)構(gòu)其他部位的抗震產(chǎn)生影響，嚴重的則會直接導致落梁，進一步加重結(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。以往常采用加強構(gòu)造設計，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，支座通過加強構(gòu)造設計來提高抗震能力的設計方法遇到一定困難，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)設計理論

3.1 靜力法

早期的研究人員由于理論和工具的限制，只能采取較簡單的靜力法，簡化結(jié)構(gòu)，方便研究和計算。同時將加速度作為結(jié)構(gòu)破壞的唯一參考指標，雖然可以很好的研究地震災害，但是模擬是相當粗糙和簡單的，對大體積結(jié)構(gòu)的研究相當不錯，但是這種方法忽略了結(jié)構(gòu)的動力特性，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動卓越周期小很多時，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 反應譜法

反應譜通過理想簡化成單自由度體系的地震響應描述地震的特性，運用強震儀記錄地震的加速度時程曲線，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算出的最大加速度反應值與結(jié)構(gòu)周期的關(guān)系曲線。巧妙的將動力問題轉(zhuǎn)化為靜力問題，使得復雜的結(jié)構(gòu)地震反映計算變得更加方便簡單，可以很好的提高結(jié)構(gòu)的整體抗震設計水平。反應譜曲線可以很好的反映地震的災害，同時考慮了地震的振幅和頻譜，但其中也暴露了反應譜法沒有考慮地震持時和非線性的影響。

3.3 動態(tài)時程分析法

動態(tài)時程分析是隨著強震記錄的豐富和大型計算機有限元軟件的廣泛應用而發(fā)展起來的，時程分析方法需要高速的運算速度和存儲內(nèi)存，并且需要對運算的結(jié)果數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的分析，就目前該方法運用不大。但從地震運動的振幅、頻譜和持時三要素來看，動態(tài)時程分析優(yōu)于靜力法和反應譜法，可以運用于結(jié)構(gòu)在強震下進入塑性狀態(tài)時，并且能反映結(jié)構(gòu)在地震過程中的時間歷程和地震動持時效應，是目前可以運用的方法。

4 橋梁減隔震

傳統(tǒng)的設計可以很好的抵抗部分地震震害，但是對結(jié)構(gòu)的損失還是相當大，不能起完全的抵抗作用，而減震橋梁可以很好的保護橋梁結(jié)構(gòu)，是目前最好的橋梁設計形式。

4.1 減隔震簡介

減隔震設計起源于隔震技術(shù)。減隔震橋梁通過布設橡膠支座，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)的能量對橋梁上部結(jié)構(gòu)起到了保護的作用。減隔震技術(shù)是一種簡便，經(jīng)濟，先進的工程抗震手段，目前正運用廣泛，是抗震設計的好的方法。

4.2 鉛芯橡膠支座

鉛芯橡膠支座，具有密度大，熔點低，塑性高，強度低的特性，是一種很好的隔震支座的材料，其具有較高的延性和柔性，所以在橡膠變形時候可以吸收大量的能量，同時有很好的自復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。通過合理的設計鉛芯橡膠支座，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，用以保護基礎(chǔ)和墩臺等結(jié)構(gòu)，同時還能起到部分保護上部結(jié)構(gòu)，而對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

進入21世紀以來，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重破壞,由地震導致的橋梁破壞引起各國高度重視。傳統(tǒng)的橋梁抗震設計,主要是從結(jié)構(gòu)的強度和延性方面考慮,耗費大量材料,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。

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[2] 范立礎(chǔ).橋梁抗震[M].上海：同濟大學出版社，1997：15-25.

[3] 胡聿賢.地震工程學[M].北京：地震出版社，2006：10-14.

[4] 范立礎(chǔ)，王志強.橋梁減隔震設計[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

A