地震區(qū)梁橋支座選型研究

1、.地震區(qū)梁橋支座選型研究摘 要：地震動(dòng)峰值加速度分別采用0.15 g 和0.20 g。對(duì)比分析支座的力- 位移關(guān)系、結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)和靜力響應(yīng), 以及橋墩潛在塑性鉸的動(dòng)力反應(yīng)。研究結(jié)果指出：（1）從抗震角度來(lái)看, 各種支座的選型對(duì)結(jié)構(gòu)的靜力響應(yīng)影響不大。（2）選型原則是盡量提高結(jié)構(gòu)的剛度, 減小梁體位移和墩頂位移。（3）對(duì)本橋而言采用盆式橡膠支座，抗震性能更好。關(guān) 鍵 詞：橋梁；支座；非線性時(shí)程；抗震中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：1 前言目前采用的支座型式主要有板式橡膠支座、四氟滑板支座、盆式橡膠支座。對(duì)于地震區(qū)橋梁, 如何合理選擇支座型式, 使結(jié)構(gòu)抗震性能最優(yōu), 是橋梁設(shè)計(jì)

2、人員十分關(guān)心的問(wèn)題。為了比較常用支座對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響，本文考慮以下三種支座布置方案，且分別從靜力和動(dòng)力兩個(gè)角度進(jìn)行對(duì)比分析。方案1：采用在橋臺(tái)處設(shè)置四氟滑板支座，在橋墩處設(shè)置板式橡膠支座的方案，這是高速公路上最常見的一種支座布置方案。方案2：在橋臺(tái)和橋墩處均設(shè)置板式橡膠支座。方案3：采用在橋臺(tái)處設(shè)置活動(dòng)盆式橡膠支座，在橋墩處設(shè)置固定盆式橡膠支座的方案。2 工程概況本文研究工作選取一座實(shí)橋?yàn)檠芯繉?duì)象。該橋?yàn)橐宦?lián)5×30米的裝配式部分預(yù)應(yīng)力混凝土箱形連續(xù)梁，上部結(jié)構(gòu)采用30米后張預(yù)應(yīng)力單箱單室鋼筋混凝土箱梁，下部結(jié)構(gòu)橋墩采用雙幅空心薄壁墩和鋼筋混凝土蓋梁，基礎(chǔ)采用鉆孔嵌巖樁。3

3、模型建立及地震波參數(shù)選取利用Midas Civil程序，采用梁格法建立空間有限元分析模型。其中主梁采用基于T imoshenko 梁理論的梁?jiǎn)卧獊?lái)模擬。墩柱采用彈塑性Fiber梁?jiǎn)卧M。支座單元的模擬中，板式橡膠支座采用線性彈簧連接單元模擬。聚四氟乙烯滑板支座用雙線性理想彈塑性彈簧連接單元模擬。固定盆式支座模擬時(shí)采用一個(gè)各個(gè)方向剛度無(wú)窮大，而轉(zhuǎn)動(dòng)剛度為0的彈性連接的方式。活動(dòng)盆式支座可用雙線性理想彈塑性彈簧連接單元模擬。模型中阻尼的輸入采用單元瑞利阻尼。抗震模型考慮樁土的共同作用，用等代土彈簧模擬。本文根據(jù)該橋所處的場(chǎng)地土特性,計(jì)算中輸入的地震波采用El-Centro波、Taft波、SanF

4、er波。計(jì)算時(shí),根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行加速度調(diào)幅處理。然后取3 條波時(shí)程計(jì)算的最大值的平均值作為最后結(jié)果。4 結(jié)構(gòu)分析為了更好的分析地震作用影響，利用Midas Civil程序?qū)蛄航Y(jié)構(gòu)先進(jìn)行靜力分析及驗(yàn)算，然后再進(jìn)行動(dòng)力分析，從而在橋梁設(shè)計(jì)之初就能很好的兼顧靜力、動(dòng)力作用。取2#墩結(jié)果作比較，分析結(jié)果如下。表 1 橋墩靜力參數(shù)對(duì)比（2#橋墩）方案橋墩效應(yīng)驗(yàn)算墩頂支座變形 （m)墩底軸力（kN)墩底剪力（kN)墩底彎矩(kN .m）最大軸向力組合設(shè)計(jì)值（kN)抗壓承載能力（kN)面內(nèi)剪力面外剪力面內(nèi)彎矩面外彎矩方案一0.02111542.88099.62844194917696.84106553方案

5、二0.0199570140231.13373363617743.98106553方案三0.02810960.479.3134.82793255617312.45106553表 2 橋墩動(dòng)力參數(shù)對(duì)比（2#橋墩）方案地震作用墩底最大軸力（kN)墩底最大剪力（kN)墩底最大彎矩(kN.m)塑性轉(zhuǎn)角（rad）面內(nèi)剪力面外剪力面內(nèi)彎矩面外彎矩方案一E1155553110541287019480橫橋向0.0004E217150182635884947076740順橋向0.0012方案二E120325679451487018700橫橋向0.0004E216740189632244948074100順橋向0.

6、0148方案三E1133054010491330015170橫橋向0.0005E216390150733584818074620順橋向0.0262綜合比較計(jì)算結(jié)果可知：（1）在橋墩靜力驗(yàn)算結(jié)果中，三個(gè)方案均滿足要求且差別不大，說(shuō)明不同支座布置方法對(duì)橋墩影響不大。（2）在E1地震作用下，對(duì)比方案一、二可見橋臺(tái)采用滑動(dòng)板式橡膠支座減小了橋梁剛度，降低了墩底軸力、墩底面內(nèi)剪力以及面內(nèi)彎矩，但面外剪力以及面外彎矩卻有一定程度的增加。方案三墩底最大軸力以及墩底面外彎矩最小，其余指標(biāo)居于中游。在E2地震作用下，方案一墩底面內(nèi)剪力以及面內(nèi)彎矩小于方案二，方案三墩底軸力、墩底面內(nèi)剪力以及面內(nèi)彎矩最小，其余指標(biāo)

7、居于中游。綜上所述，方案三在受力方面略優(yōu)于方案一、二。5 總結(jié)采用非線性時(shí)程分析方法, 通過(guò)對(duì)地震區(qū)橋梁支座的合理選型進(jìn)行研究, 得出以下結(jié)論。（1） 在橋墩靜力驗(yàn)算結(jié)果中，三個(gè)方案均滿足要求且差別不大，說(shuō)明不同支座布置方法對(duì)橋墩影響不大。（2） 采用方案二、三時(shí)，橋墩順橋向塑性轉(zhuǎn)角大，一般伸縮縫難以滿足抗震要求，因此對(duì)于地震區(qū)的高墩橋梁，需要考慮地震作用下主梁與橋臺(tái)的碰撞作用，并且應(yīng)設(shè)置必要的防碰撞落梁裝置。（3） 在抗震計(jì)算結(jié)果對(duì)比中，方案三在E1地震作用下的墩底軸力、墩底面外彎矩以及E2地震作用下的墩底面內(nèi)剪力約為方案一、二數(shù)據(jù)平均值的80%左右，而其余指標(biāo)相差很小。說(shuō)明不同支座布置方案對(duì)中高