鉛芯橡膠支座在橋梁減隔震中的應(yīng)用

孫文濤 李軻

摘? 要：隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)財(cái)富的快速發(fā)展，中國(guó)道路和橋梁的建設(shè)也隨之迅速發(fā)展，而橋梁的減隔震也越來越受到人們的重視。該文主要對(duì)鉛芯橡膠支座在橋梁減隔震中的應(yīng)用進(jìn)行分析研究，具體對(duì)當(dāng)前的橋梁減隔震理論以及減震技術(shù)應(yīng)用的意義進(jìn)行闡述，對(duì)鉛芯橡膠支座進(jìn)行了具體的分析，詳細(xì)闡述了鉛芯橡膠座在橋梁減隔震中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鉛芯橡膠支座? 橋梁? 減隔震? 意義? 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U442.5+5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2020）12（b）-0066-03

Abstract： With the rapid development of China's economic construction and social wealth， the construction of roads and bridges in China has also developed rapidly， and the shock absorption and isolation of bridges have been paid more and more attention. In this paper， the application of lead-rubber bearing in bridge seismic isolation is studied， the current theory of bridge seismic isolation and the significance of the application of seismic isolation technology are elaborated， and the concrete analysis of lead-rubber bearing is carried out the application of lead rubber bearing in bridge seismic isolation is described in detail.

Key Words： Lead-core rubber stand; Bridges; Shock absorber; Meaning; Application

近年來，隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加快，區(qū)域的道路建設(shè)得到改善，橋梁工程的建設(shè)速度逐漸增加，橋梁在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和交通中的作用變得越來越重要，人們也越來越依賴橋梁和道路，因此保證橋梁道路在地震中的穩(wěn)定性對(duì)于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要的意義。但是近年來頻繁的地震，不僅破壞了道路和橋梁，影響了正常的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而且影響了社會(huì)秩序，影響了人們正常的生產(chǎn)生活。此外，公路橋梁體積龐大，地震后難以清理和修復(fù)，嚴(yán)重影響運(yùn)輸。所以由地震所導(dǎo)致的巨大經(jīng)濟(jì)損失已經(jīng)引起了橋梁工程師的重視，尋求更好的減隔震技術(shù)來提高橋梁建筑在地震中的穩(wěn)定性，保證橋梁的安全和穩(wěn)定，這對(duì)于保證橋梁在地震中的穩(wěn)定和安全以及震后橋梁的修復(fù)有著重要的意義。近年來，國(guó)內(nèi)外橋梁工程領(lǐng)域技術(shù)人員越來越廣泛應(yīng)用減隔震技術(shù)來提高橋梁安全性能，以下該文將闡述目前的橋梁減隔震理論，并對(duì)鉛芯橡膠支座在橋梁減隔震中的作用進(jìn)行具體的分析探討，以期能夠?yàn)闃蛄菏┕ぶ袠蛄菏┕ぜ夹g(shù)的應(yīng)用研究提供參考。

1? 橋梁隔震理論及減隔震技術(shù)應(yīng)用的意義

1.1 橋梁減隔震理論

強(qiáng)震會(huì)嚴(yán)重破壞橋梁結(jié)構(gòu)，主要表現(xiàn)在對(duì)橋梁橋臺(tái)、橋墩、落梁的震害和橋梁支座的破壞，為了在地震發(fā)生時(shí)避免橋梁結(jié)構(gòu)與地面發(fā)生類共振，減輕地震力，橋梁工程師就要通過適當(dāng)控制結(jié)構(gòu)物的剛度和強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)橋梁延性結(jié)構(gòu)體系，使橋梁結(jié)構(gòu)在進(jìn)入非彈性狀態(tài)后仍具有較大的延展性，能夠通過塑性變形來消耗地震能力，從而達(dá)到在發(fā)生地震時(shí)“壞而不倒”。因此橋梁減隔震技術(shù)的核心思想就是通過在橋梁結(jié)構(gòu)中安裝隔離裝置，通過耗能減震、吸振減震和沖擊減震的方式來減小橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，達(dá)到減輕橋梁道路損失的效果。因此，橋梁的地震隔離技術(shù)是通過安裝地震隔離裝置將結(jié)構(gòu)或部件與地震地面運(yùn)動(dòng)或可能造成損壞的損壞分開。從而將傳遞到上部結(jié)構(gòu)的地震力和能力最小化，最終實(shí)現(xiàn)了確保橋梁結(jié)構(gòu)本身及其附件的安全性的目標(biāo)?？傮w來說，地震減隔震技術(shù)就是通過增大橋梁減隔震裝置中的阻尼裝置來耗散能量，限制過大的位移，從而減小建筑結(jié)構(gòu)的相對(duì)變形。

進(jìn)行橋梁減隔震設(shè)計(jì)的最終目的是為了提高橋梁結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì)時(shí)要遵循以下幾個(gè)設(shè)計(jì)原則：第一，實(shí)事求是原則，在橋梁結(jié)構(gòu)的減震設(shè)計(jì)中首先要對(duì)橋梁工程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，根據(jù)橋梁的實(shí)際地理區(qū)域特點(diǎn)來進(jìn)行設(shè)計(jì);第二，要根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的整體特征和橋梁道路的交通要求來確定減隔震措施，并在一定的力學(xué)范圍內(nèi)來實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的整體間隔震性能。橋梁減隔震裝置需要具備這4個(gè)特性：第一，擁有足夠的初始剛度，保證橋梁的結(jié)構(gòu)體系能滿足正常的荷載需求;第二，具有一定的阻尼，能消減地震時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生的位移，或者是具有迅速?gòu)?fù)位的恢復(fù)力;第三，具有豎向承載能力，能夠安全地支撐橋梁上部結(jié)構(gòu)的所有重量和使用荷載;第四，能夠使橋梁結(jié)構(gòu)在地面上進(jìn)行柔性運(yùn)動(dòng)，加大橋梁結(jié)構(gòu)體系的自振周期，降低橋梁結(jié)構(gòu)在地震中的加速反應(yīng)。

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)原則，目前有兩種減隔震系統(tǒng)：一種是粘彈性減隔震系統(tǒng)，另一種彈塑性減隔震系統(tǒng)?，F(xiàn)有的減隔震裝置主要有鉛芯橡膠支座、板式橡膠支座、摩擦擺支座、滑動(dòng)摩擦支座以及高阻尼橡膠支座。鉛芯橡膠支座減隔震原理是通過橡膠發(fā)生彈塑性變形和鉛芯發(fā)生塑性形變來減輕地震對(duì)橋梁的影響，相比于其他減隔震裝置鉛芯橡膠支座具有性價(jià)比高、減隔震效果明顯的優(yōu)勢(shì)。摩擦擺減隔震支座的減隔震原理是在地震發(fā)生時(shí)，通過產(chǎn)生搖擺效果來消耗地震對(duì)橋梁的影響，摩擦擺減隔震支座具有設(shè)計(jì)靈巧，能夠通過人工設(shè)計(jì)其減隔震性能，使用時(shí)間長(zhǎng)久的優(yōu)勢(shì)。高阻尼橡膠支座的減隔震原理是通過在天然橡膠中添加配合劑來提高橡膠的阻尼，通過在地震時(shí)產(chǎn)生的塑性形變來吸收能量，高阻尼橡膠支座具有施工便利，實(shí)用耐久，減隔震效果明顯的優(yōu)勢(shì)。

1.2 橋梁隔震技術(shù)應(yīng)用的意義

（1）經(jīng)濟(jì)意義，伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)入新常態(tài)，道路橋梁建設(shè)速度迅猛，在推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用越來越重要。道路橋梁建設(shè)能夠讓鄰近的地區(qū)實(shí)現(xiàn)便捷通達(dá)，能夠刺激區(qū)域物流，提高商品的流動(dòng)效率，進(jìn)而拉動(dòng)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，所以橋梁作為一種架空的人造通道，一方面具有地理上的便于行人和交通工具暢通無阻的溝通意義，另一方面具有經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中區(qū)域生產(chǎn)力的合理配置，優(yōu)化生產(chǎn)要素組合，提高區(qū)域經(jīng)濟(jì)效益和促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目的。因此橋梁建設(shè)的好壞關(guān)系到一個(gè)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為確保經(jīng)濟(jì)社會(huì)的全面協(xié)調(diào)發(fā)展和道路交通的良性發(fā)展，有必要重視并提高橋梁結(jié)構(gòu)的減隔震性能。

（2）社會(huì)意義，橋梁作為道路交通重要的組成部分，在促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和帶動(dòng)區(qū)域之間的文化交流上有著積極的作用。第一，我國(guó)幅員遼闊，人口眾多，由于地理位置上差異，每個(gè)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和文化都有所差別，相同的社會(huì)生產(chǎn)條件會(huì)由于地理位置上的差異和社會(huì)文化背景的不同發(fā)展出不同的經(jīng)濟(jì)結(jié)果。加強(qiáng)道路橋梁的建設(shè)和重視道路橋梁的安全，對(duì)于促進(jìn)區(qū)域間的經(jīng)濟(jì)交流和社會(huì)文化交流，促進(jìn)區(qū)域的協(xié)調(diào)發(fā)展有著重要意義。第二，道路橋梁的安全在全面服務(wù)小康社會(huì)上有著重要作用，在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的重要?dú)v史階段，道路橋梁能夠充分發(fā)揮先導(dǎo)作用，在推動(dòng)區(qū)域道路交通運(yùn)輸轉(zhuǎn)型發(fā)展，推動(dòng)綠色交通建設(shè)的發(fā)展和智慧交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)道路交通之間的互聯(lián)互通，因此重視橋梁安全對(duì)于促進(jìn)我國(guó)道路橋梁的良性發(fā)展，減少道路交通損害有著重要意義。第三，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平也是呈直線上升，私家車的擁有量也不斷增長(zhǎng)，但同時(shí)交通運(yùn)輸上的問題也隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展呈現(xiàn)出來，道路橋梁事故頻發(fā)，堵車現(xiàn)象隨處可見。重視道路橋梁的安全，加強(qiáng)減隔震技術(shù)在橋梁建設(shè)中的應(yīng)用，保證橋梁的安全暢通顯得尤為重要。所以，在橋梁建設(shè)中應(yīng)用減隔震技術(shù)，能有效提升地方的防災(zāi)減災(zāi)工作科技含量，這對(duì)于保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，建設(shè)地震韌性城市具有重要意義。

2? 鉛芯橡膠支座的簡(jiǎn)介以及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)概述

2.1 鉛芯橡膠支座的簡(jiǎn)介

鉛芯橡膠作為一種常見的，具有良好減隔震性能的減隔震裝置主要是在板式橡膠支座的中心壓入鉛芯制成的。鉛作為一種具有良好塑性變形能力和能量吸收能力的金屬，是一種理想的彈塑性體，鉛芯橡膠支座的工作原理就是在地震發(fā)生時(shí)，利用鉛芯的高彈塑性來使它在變形時(shí)有很大的滯回阻尼，來消耗能量，減少地震對(duì)橋梁的影響，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其在橋梁中減隔震的作用。

2.2 鉛芯橡膠的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

鉛芯橡膠支座與普通的減隔震裝置相比具有特殊的靜力特性和動(dòng)力特性，并且與其他減隔震裝置相比具有經(jīng)濟(jì)價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)。

首先，在動(dòng)力特性上，表現(xiàn)出很強(qiáng)的剛度和合適的阻尼，減震耗能，穩(wěn)定的滯回性能以及向原來位置復(fù)位的能力;其次，在靜力特性上表現(xiàn)出具有很強(qiáng)的豎向承載能力，穩(wěn)定的溫度性以及穩(wěn)定的水平荷載抵抗能力。所以，一方面鉛芯橡膠支座其豎向剛度，能夠在靜力荷載時(shí)給予橋梁上部結(jié)構(gòu)所必需的屈服強(qiáng)度與剛度，給予橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的支撐;另一方面鉛芯橡膠支座所具有的良好的形變回溯性能，能夠在地震發(fā)生時(shí)滿足較大的變位，使橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)周期化，達(dá)到減小地震對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)破壞的目的。另外，由于鉛芯橡膠支座由于橡膠具有一定的柔韌性，可以延長(zhǎng)橋梁結(jié)構(gòu)的周期，且鉛芯橡膠支座中的鉛芯具有一定的塑性變形能力，讓橋梁具有很強(qiáng)的耐久性以及抗低周期疲勞的性能。

3? 鉛芯橡膠支座在橋梁中的減隔震運(yùn)用

在橋梁建設(shè)中應(yīng)用鉛芯橡膠支座時(shí)，第一，我們必須利用電腦軟件建立一座橋梁的仿真模型，并且根據(jù)橋梁施工過程中的實(shí)際需求對(duì)橋梁的抗震性能進(jìn)行模擬分析，在進(jìn)行分析時(shí)要具體分析橋梁的主梁、橋墩、承臺(tái)、頂板和樁基，精確地模擬橋梁各部分的剛度和質(zhì)量，分析橋梁結(jié)構(gòu)中各個(gè)部分之間的相互關(guān)系。第二，要根據(jù)橋梁的抗震性能，運(yùn)用電腦軟件來對(duì)比篩選合適的減隔震裝置，在利用電腦軟件對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，主要有兩種分析方式：一是利用雙線性恢復(fù)模型來分析橋梁的動(dòng)力特性;二是利用線性恢復(fù)力模型來分析橋梁的振幅以及反應(yīng)譜。第三，在進(jìn)行橋梁減隔震分析后，設(shè)計(jì)減隔震裝置時(shí)，要根據(jù)利用電腦軟件分析出的鉛芯橡膠支座的受力分析以及橋梁地震效果參數(shù)，來對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的鉛芯橡膠支座的進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。其中橋梁地震效果參數(shù)，參數(shù)包括橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀況以及地震時(shí)橋梁的位移大小，來優(yōu)化減隔震裝置的參數(shù)。第四，在完成橋梁減隔震裝置設(shè)計(jì)之后，要用電腦軟件對(duì)安裝了鉛芯橡膠支座的橋梁結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行減隔震實(shí)驗(yàn)測(cè)評(píng)，并且要考慮減隔震裝置在橋梁結(jié)構(gòu)作用時(shí)受到的外界因素影響，如溫度、濕度等因素，對(duì)減隔震裝置的累積過程進(jìn)行考量。第五，通過分析鉛芯橡膠支座在橋梁減隔震中的效果，可以得出鉛芯橡膠支座能夠有效地減少橋梁在地震時(shí)的位移，能夠有效地減小橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)地震的效應(yīng)，因此可以得出鉛芯橡膠支座在橋梁結(jié)構(gòu)減隔震中有著顯著的效果。

4? 結(jié)語

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，道路交通建設(shè)取得了很大的進(jìn)步，但同時(shí)道路橋梁發(fā)生的多起事故，對(duì)人民群眾的生產(chǎn)及生活造成了嚴(yán)重?fù)p失，且產(chǎn)生了社會(huì)負(fù)面影響。如何避免橋梁事故的發(fā)展，提高橋梁的減隔震性能成為當(dāng)前社會(huì)廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)，因此，在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，橋梁設(shè)計(jì)師利用橋梁減隔震裝置良好的減隔震性能和高性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)，來進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)，不僅能夠適應(yīng)我國(guó)交通建設(shè)的需求，還能夠推動(dòng)我國(guó)橋梁建設(shè)工程的健康發(fā)展。

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