鉛芯橡膠支座對(duì)橋梁地震響應(yīng)影響

薛曉杰 謝 姣

(長(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710064)

1 鉛芯橡膠支座的構(gòu)造及隔震原理

鉛芯橡膠支座由用來(lái)支承荷載的疊層橡膠支座及用于吸收耗散能量的鉛銷(xiāo)組合而成。普通橡膠支座的主要缺點(diǎn)是阻尼很小，在較低水平力作用下支座變形也可能很大。在普通橡膠支座中插入鉛銷(xiāo)，則可以得到一個(gè)緊湊的隔震裝置。鉛銷(xiāo)提供了地震下的耗能和靜力荷載下所必須的屈服強(qiáng)度與剛度，在較低水平力作用下，因具有較高的初始剛度，其變形很小。在強(qiáng)烈地震作用下，由于鉛銷(xiāo)的屈服，一方面消耗地震能量;另一方面，剛度降低，達(dá)到延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期的目的，從而通過(guò)降低地震激勵(lì)來(lái)減小地震反應(yīng)。

2 鉛芯橡膠支座隔震分析

本文選取黑城河特大橋?yàn)橛?jì)算模型，利用有限元軟件Madis/Civil進(jìn)行分析計(jì)算。該橋主橋采用四跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁;引橋?yàn)?0米先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)T梁橋。

不同的支座參數(shù)對(duì)隔震效果影響較大，對(duì)于直線橋梁來(lái)說(shuō)初步選擇鉛芯支座時(shí)首先要滿(mǎn)足正常使用的要求，一般包括剛度、阻尼、健全的傳略機(jī)能、穩(wěn)定的靜力和動(dòng)力特性、蠕變性能、耐久性要求、施工安裝和交換容易。參考國(guó)內(nèi)鉛銷(xiāo)橡膠支座試驗(yàn)研究成果，本文取鉛芯橡膠支座硬化比為6.5。參考某品牌鉛芯橡膠支座參數(shù)，根據(jù)等效剛度及彈性反應(yīng)譜法的基本原理，針對(duì)鉛芯橡膠支座的布置方式，初步試選取了一種型號(hào)的支座。支座型號(hào)及參數(shù)見(jiàn)下表1。

表1 鉛芯橡膠支座參數(shù)表

3 鉛芯橡膠支座隔震效果分析

為了驗(yàn)證以上選定的LRB600鉛芯橡膠支座的隔震效果，本文分別建立安裝盆式橡膠支座(以下稱(chēng)非隔震支座)和安裝LRB600鉛芯橡膠支座(以下稱(chēng)隔震支座)兩種模型(非隔震模型與隔震模型)進(jìn)行水平地震響應(yīng)時(shí)程分析。兩種模型隔震支座減震率用λ來(lái)表示，表2列出了隔震支座對(duì)關(guān)鍵部位地震響應(yīng)的減震率。通過(guò)計(jì)算可知非隔震模型的前三階周期分別為2.89、1.57、1.33，而隔震模型的前三階周期則是3.25、2.56、2.24.通過(guò)結(jié)構(gòu)的前三階自振周期可知，盆式支座是一種剛性支座，鉛芯橡膠支座初始剛度性對(duì)于盆式支座剛度有所減小，從而結(jié)構(gòu)的自振周期變大。

表2 隔震支座對(duì)關(guān)鍵部位地震響應(yīng)的減震率

從表2可看出，相對(duì)于盆式支座在橫橋向鉛芯橡膠支座具有明顯的減震效果。鉛芯橡膠支座在橫橋向能有效的減小墩底彎矩。對(duì)于2號(hào)墩固定墩和其它活動(dòng)墩鉛芯橡膠支座的減震效果不同，2號(hào)墩減震率高于其它墩，在橫橋向和順橋向減震效果都十分明顯，并且鉛芯橡膠支座對(duì)墩底彎矩進(jìn)行了重新分配，使之趨向均勻受力。因此通過(guò)計(jì)算可知采用4個(gè)LRB600鉛芯橡膠支座能有效減小地震響應(yīng)中的位移響應(yīng)和橫橋向彎矩響應(yīng)，同時(shí)對(duì)彎矩進(jìn)行了重分配，提高了橋梁行車(chē)舒適性。

4 結(jié)論

盆式支座是一種剛性支座，鉛芯橡膠支座初始剛度性對(duì)于盆式支座剛度有所減小，從而結(jié)構(gòu)的自振周期變大。并且鉛芯橡膠支座相對(duì)于盆式支座在橫橋向鉛芯橡膠支座具有明顯的減震效果。鉛芯橡膠支座在橫橋向能有效的減小墩底彎矩。另外鉛芯橡膠支座還會(huì)對(duì)墩底彎矩進(jìn)行重新分配，使之趨向均勻受力。