摩擦擺減隔震支座在現(xiàn)澆大懸臂箱梁橋中的應(yīng)用

尹緒勝，姜 琴

（1.山東省交通規(guī)劃設(shè)計院集團有限公司，山東 濟南 250031；2.煙臺公路路網(wǎng)數(shù)據(jù)采集中心，山東 煙臺 264000）

引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，越來越多的城市修建高架快速路以緩解交通擁堵問題。城區(qū)現(xiàn)狀路網(wǎng)密，管線、小區(qū)、企業(yè)等控制因素多，采用大懸臂現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)使得橋跨布置更靈活，橋下布置地面道路也可節(jié)約用地，典型斷面見圖1。但這種結(jié)構(gòu)形式，上部重量大，墩柱個數(shù)少，在地震作用下較不利。如采用延性體系設(shè)計，對于設(shè)置固定支座的橋墩，分擔(dān)了大部分上部結(jié)構(gòu)慣性力，基礎(chǔ)按能力保護構(gòu)件設(shè)計[1]時配筋困難。因此，在震區(qū)此類橋一般按照減隔震體系設(shè)計。

圖1 現(xiàn)澆大懸臂箱梁橫斷面/m

1 有限元模型建立

1.1 有限元模型

典型橋跨布置為3×30 m，采用有限元軟件Midas Civil 2020 模擬，構(gòu)件均采用空間梁單元，支座采用一般連接模擬，采用節(jié)點彈性支承考慮樁-土作用、采用m 法計算土彈簧剛度，建立前后2 聯(lián)以考慮相鄰聯(lián)影響，見圖2。

圖2 全橋有限元模型

1.2 地震動輸入

橋梁抗震設(shè)防烈度7度（0.1 g），場地類別為Ⅲ類，場地特征周期0.45 s，結(jié)構(gòu)阻尼比0.05，采用規(guī)范反應(yīng)譜為目標擬合3 條E2 地震加速度時程，見圖3。

圖3 E2 地震加速度時程

1.3 支座參數(shù)

非隔震支座采用彈性連接模擬，支座布置見圖4；摩擦擺減隔震支座采用一般連接模擬，其恢復(fù)力模型見圖5。

圖4 支座布置

圖5 摩擦擺減隔震支座恢復(fù)力模型

隔震半徑?jīng)Q定了支座的隔震周期，是摩擦擺減隔震支座的關(guān)鍵參數(shù)。選取的原則一般為隔震后結(jié)構(gòu)周期一般要求大于原結(jié)構(gòu)周期2 倍，通過延長結(jié)構(gòu)的周期降低結(jié)構(gòu)響應(yīng)。

本橋一階自振周期T1=2.12 s（順橋向振動），當R=5 時，摩擦擺系統(tǒng)隔震周期，體系周期T=4.96 s，為隔震前的2.2 倍，滿足要求。初始剛度，屈后剛度，等效剛度，支座參數(shù)見表1。

表1 隔震支座剛度參數(shù)

2 非線性時程分析結(jié)果

當采用3 組地震加速度時程計算時，結(jié)果取各組結(jié)果的最大值，P1～P4 墩底彎矩對比見表2、表3。

表2 右墩底順橋向彎矩對比

表3 左、右墩底橫橋向彎矩對比

通過表2 可以看出：設(shè)置普通支座時，P2 墩底順橋向彎矩約為其他墩的5 倍，該墩承擔(dān)了大部分上部結(jié)構(gòu)慣性力作用；設(shè)置減隔震支座后，P2 橋墩順橋向彎矩減小了56%，其他橋墩彎矩相應(yīng)增大，但各墩墩底的順橋向彎矩較為均衡。

通過表3 可以看出：設(shè)置普通支座時，右墩墩底橫向彎矩約為左墩的10 倍，這是因為右墩的墩頂支座為橫向固定，承擔(dān)了大部分上部結(jié)構(gòu)慣性力作用；設(shè)置隔震支座后，右墩墩底橫橋向彎矩減小74.9%，左墩的墩底橫向彎矩增大，但左、右墩墩底彎矩較為均衡。柱頂位移、墩底剪力與彎矩的規(guī)律基本一致。

因為采用隔震支座后，結(jié)構(gòu)周期延長，減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。摩擦擺減隔震支座的剪力銷剪斷以后，結(jié)構(gòu)傳力路徑發(fā)生了變化，從“某幾個墩傳遞大部分的慣性力”轉(zhuǎn)變?yōu)椤案鞫諈f(xié)同受力”，從而大大降低了橋墩在支座固定方向所承擔(dān)的慣性力；但其他原本活動支座的橋墩彎矩也相應(yīng)增大了較多，因此，采用減隔震支座的橋墩配筋時不宜區(qū)分固定墩或活動墩。

3 結(jié)語

大懸臂現(xiàn)澆箱梁采用減隔震支座，一方面通過延長結(jié)構(gòu)周期減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)；另一方面改變了E2 地震作用下結(jié)構(gòu)的傳力路徑，各墩協(xié)同受力，極大改善了結(jié)構(gòu)的抗震性能。但也要注意原本設(shè)置活動支座的橋墩內(nèi)力較之前會增大，配筋時應(yīng)該按照能力保護構(gòu)件的要求統(tǒng)一配筋。