多跨連續(xù)梁橋橫向減隔震分析

張海鵬

摘要：經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，促進(jìn)交通建設(shè)項(xiàng)目的增多。橋梁是公共基礎(chǔ)設(shè)施中非常重要的一環(huán)，而且它也是抗震救災(zāi)過程中的非常重要的部分。尤其是這些年來，伴隨著我國公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，橋梁的建設(shè)數(shù)量越來越多，而跨度也越來越大。當(dāng)橋梁由于地震等原因發(fā)生破壞或者傾覆而不能正常使用時，那么我們的交通設(shè)施就無法使用，將會導(dǎo)致救援工作無法順利進(jìn)行。地震在我國發(fā)生的次數(shù)比較多，對橋梁應(yīng)用合理有效的減隔震抗震措施，確保橋梁結(jié)構(gòu)在地震中的安全以及正常使用功能，這對防震減災(zāi)、地震救援以及重建工作有非常重要的意義。本文就多跨連續(xù)梁橋橫向減隔震展開探討。

關(guān)鍵詞：多跨連續(xù)梁;減隔震;橡膠支座;布置方式;抗震性能

引言

隔震裝置是指在多跨連續(xù)梁的上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)之間安裝一種可以隔離地震作用傳播的元件，從而能夠有效減小地震力的輸入。減震裝置一般是指通過安裝耗能裝置或各種阻尼器，當(dāng)發(fā)生強(qiáng)烈地震時，裝置能夠大量耗散由地震引起的能量，增大結(jié)構(gòu)在地震作用下的耗能能力，從而減小結(jié)構(gòu)受到地震作用。減隔震裝置可以有效防止橋梁結(jié)構(gòu)在地震作用下出現(xiàn)過大的動力響應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)抵御地震破壞的能力。

1地震危害

對于同一震級的地震來說，震源深度越淺，震中距離越短，地震烈度越大，地震造成的破壞也越大。地震災(zāi)害按照誘因可分為直接災(zāi)害和次生災(zāi)害兩類。地震直接災(zāi)害是指由地震的原生現(xiàn)象，如地震斷層錯動，大范圍地面傾斜、升降和變形，以及地震波引起的地面震動等所造成的直接后果。包括：（1）建筑物破壞或倒塌;（2）地面破壞，如噴水冒砂、地裂縫、地基沉陷等;（3）山體破壞，如泥石流、山崩、滑坡等;（4）水體的振蕩，如海嘯、湖震等;（5）其他如地光燒傷人畜等。直接災(zāi)害是造成震后人員傷亡、生命線工程毀壞、社會經(jīng)濟(jì)受損等災(zāi)害后果最直接、最重要的原因。地震災(zāi)害打破了自然界原有的平衡狀態(tài)或社會正常秩序從而導(dǎo)致的災(zāi)害，稱為地震次生災(zāi)害。如地震引起的房屋倒塌火源失控造成的火災(zāi)、水庫、江湖決堤造成的水災(zāi)，有毒容器破壞后毒氣、毒液或放射性物質(zhì)等泄漏造成的災(zāi)害等。

2橋梁震害特征

從工程角度來看，不同的橋梁結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)造以及所處場地的地震動特性，造成橋梁結(jié)構(gòu)的破壞性質(zhì)和程度不同，但在地震中大多數(shù)橋梁的破壞機(jī)理和類型是重復(fù)出現(xiàn)的。地震對橋梁工程的震害，總結(jié)為以下四種：（1）部結(jié)構(gòu)的震害;（2）支座的震害，（3）下部結(jié)構(gòu)的震害;（4）基礎(chǔ)的震害。橋梁上部結(jié)構(gòu)因地震直接破壞的情形不多，而位移震害較為常見。當(dāng)橋梁與墩臺的相對位移過大，支座喪失約束力引起落梁震害，主要表現(xiàn)為縱橋向位移、橫橋向位移以及扭轉(zhuǎn)位移。橋梁支座的主要作用有：（1）傳遞上部結(jié)構(gòu)的支撐反力，包括恒載和活載引起的豎向力和水平力。（2）保證橋梁結(jié)構(gòu)在活載、溫度變化、混凝土收縮徐變下等因素作用下能自由變形，使得上下部結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)符合結(jié)構(gòu)靜力圖式。在地震中，如果支座遭到破壞，橋梁結(jié)構(gòu)就會喪失整體性，導(dǎo)致傳力路徑的改變，上部結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生較大的位移震害，進(jìn)而導(dǎo)致落梁。支座一般分為固定支座和活動支座，固定支座的破壞主要表現(xiàn)為強(qiáng)度的破壞，活動支座的破壞主要表現(xiàn)為墩梁相對位移超出了活動支座的承受范圍而引起的破壞。橋墩是支撐上部結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件，地震中，如果橋墩發(fā)生破壞，上部結(jié)構(gòu)往往難以幸免。鐵路橋梁和公路橋梁普遍采用鋼筋混凝土橋墩，鋼筋混凝土橋墩的破壞機(jī)理分為兩種，第一，彎曲破壞;結(jié)構(gòu)在水平地震荷載作用下，由于過大的彎曲變形導(dǎo)致混凝土保護(hù)層脫落，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的混凝土壓碎、斷裂，結(jié)構(gòu)失去承載能力。第二，剪切破壞。剪切破壞往往是脆性破壞，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到的水平地震力大于截面剪切強(qiáng)度的時，結(jié)構(gòu)形式急劇改變，承載能力斷崖式下降，極有可能發(fā)生結(jié)構(gòu)垮塌。對于長聯(lián)大跨連續(xù)梁橋，由于只設(shè)置一個固定墩，地震力主要集中在固定墩上，在地震作用下，固定墩受到較大考驗(yàn)，墩身容易出現(xiàn)較大的裂縫，局部混凝土壓碎，橋墩側(cè)面位移，直至橋墩剪切破壞?；A(chǔ)的破壞是橋梁地震震害中較為常見的現(xiàn)象，地基的失效引起橋墩基礎(chǔ)失效，從而導(dǎo)致橋梁傳力路徑發(fā)生變化。與公路橋梁相比，鐵路橋梁具有荷載大、剛度要求高等特點(diǎn)，而長聯(lián)大跨連續(xù)梁橋因?yàn)橐宦?lián)長度較長且縱向只設(shè)置一個固定支座，這樣地震力將集中作用在固定墩上，從而使得固定墩承受較大地震荷載，墩身設(shè)計相對困難。傳統(tǒng)的抗震設(shè)計主要是通過提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和延性，達(dá)到人們期望的抗震設(shè)防目標(biāo)，然而對于隨機(jī)性很強(qiáng)、發(fā)生概率很小的強(qiáng)震作用，只能采用“硬抗”的設(shè)計方法，這種設(shè)計方法顯得非常被動。傳統(tǒng)的抗震方法在經(jīng)濟(jì)性與安全性之間面臨著很大的矛盾。

3多跨連續(xù)梁橋橫向減隔震分析

3.1鉛芯橡膠支座減隔震基本原理

鉛芯橡膠支座是通過將橡膠層和單層薄鋼板分層疊加，然后硫化制成普通橡膠支座。同時，為了增大支座在地震晃動中的耗能能力，在橡膠支座的中間灌入鉛芯，使兩者融為一體，利用鉛芯的屈服變形來提高支座的抗震性能。承受豎向荷載時，由于薄鋼板能夠約束橡膠層變形，鉛芯橡膠支座具有良好的豎向承載能力，豎向變形也很小。當(dāng)支座承受由過大的地震加速度帶來的水平力時，支座中的圓柱形鉛芯開始屈服，產(chǎn)生塑性變形，形成滯回環(huán)，并且通過周圍的橡膠層為鉛芯提供水平恢復(fù)力，使支座具備良好的阻尼性能。影響鉛芯橡膠支座主要技術(shù)性能的參數(shù)有：鉛芯屈服強(qiáng)度Qd、支座屈服前剛度K1以及支座屈服后剛度K2。這3個參數(shù)對橋梁結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力響應(yīng)影響很大。因此，依照現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)模型，分析選擇合適的支座參數(shù)非常必要。

3.2地震波的選用

當(dāng)無法獲得擬建橋梁結(jié)構(gòu)的橋址處或相鄰位置處的實(shí)際地震波加速度時程的情形下，常常需要根據(jù)場地土類別及其它的具體環(huán)境狀況，對工程場地進(jìn)行安全性評價，來得到地震波的主要設(shè)計參數(shù)。工程實(shí)際中，主要通過對工程場地的安全性評價得到這些設(shè)計參數(shù)。

3.3鉛芯橡膠支座的參數(shù)

鉛芯橡膠支座主要有3個設(shè)計參數(shù)：屈服強(qiáng)度、初始剛度、屈服后剛度。這3個參數(shù)彼此相互關(guān)聯(lián)，取它們的控制性參量鉛芯直徑D及硬化比（屈服后剛度與屈服前剛度之比）進(jìn)行減隔震分析。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的提高，阻尼器設(shè)計參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍很廣，為將其應(yīng)用于各類工程奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。

4結(jié)語

我國處于地震帶的包圍中，近年來災(zāi)害頻發(fā)，使我國人民遭受了巨大的生命財產(chǎn)損失。橋梁結(jié)構(gòu)作為交通運(yùn)輸?shù)纳€工程，如果地震中破壞倒塌將加重次生災(zāi)害的程度，因此，橋梁工程，尤其是高速公路段上的車流大、運(yùn)輸密集的橋梁結(jié)構(gòu)，應(yīng)高度重視其抗震減災(zāi)工作，確保其在地震下的安全性。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：中鐵九局集團(tuán)有限公司）