LNR天然橡膠支座在7度地震烈度區(qū)的應(yīng)用

初 奇，宮玉明，施菁華

（中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710068）

0 引言

隨著交通運(yùn)輸部《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T B02—01—2008）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“《細(xì)則》”）的發(fā)布，橋梁抗震設(shè)計(jì)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。隨著實(shí)踐的深入，目前公路行業(yè)內(nèi)對(duì)7度地震烈度區(qū)采用的橋梁支座類(lèi)型還有不同的看法：一類(lèi)認(rèn)為應(yīng)采用普通板支+縱橫向擋塊；另一類(lèi)認(rèn)為應(yīng)采用減隔震支座。本文結(jié)合具體項(xiàng)目，進(jìn)行對(duì)比分析，研究LNR天然橡膠支座在7度地震烈度區(qū)的適用性。

陜西定漢線坪坎至漢中高速公路采用雙向六車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度80km/h，路基寬度32m，設(shè)計(jì)荷載采用公路—Ⅰ級(jí)。

本項(xiàng)目橋梁上部結(jié)構(gòu)主要采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩臺(tái)或肋式橋臺(tái)，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T B02—01—2008)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“《細(xì)則》”）第3.1條，本項(xiàng)目橋梁抗震設(shè)防類(lèi)別為B類(lèi)，必須進(jìn)行E1地震（50年超越概率40%）作用和E2地震（50年超越概率2.5%）作用下的抗震設(shè)計(jì)。

1 結(jié)構(gòu)抗震耗能體系和抗震分析方法

1.1 橋梁結(jié)構(gòu)抗震耗能體系

對(duì)B類(lèi)橋梁，可采用的抗震體系有兩種類(lèi)型。類(lèi)型Ⅰ：地震作用下，橋梁的塑性變形、耗能部位位于橋墩的頂、底部的塑性鉸區(qū)域；類(lèi)型Ⅱ：地震作用下，橋梁的耗能部位位于橋梁的上、下部連接構(gòu)件（支座、耗能裝置）。對(duì)于上部采用裝配式箱梁，下部采用柱式橋墩的梁橋，結(jié)構(gòu)抗震具備兩種抗震體系的類(lèi)型特征，支座和墩柱均是耗能部位。

1.2 橡膠支座

普通板式橡膠支座是由多層薄鋼板與多層橡膠片硫化粘合而成一種疊層橡膠支座產(chǎn)品，它具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、加工制造容易、用鋼量少、成本低廉和安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，在公路橋梁領(lǐng)域被大量普及應(yīng)用。

LNR天然橡膠支座在常規(guī)疊層橡膠支座的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，能滿足較大的剪切位移，且與主梁、墩臺(tái)進(jìn)行有效連接。兩種支座的性能對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 LNR天然橡膠支座與普通橡膠支座技術(shù)性能對(duì)比分析表

1.3 抗震分析方法

1.3.1 典型結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目橋梁主要采用20m、25m、30m和40m跨徑的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋。經(jīng)計(jì)算對(duì)比，上述跨徑的結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)特性基本一致，本文以4m×30m跨徑組合的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋作為典型結(jié)構(gòu)建立有限元模型，進(jìn)行對(duì)比分析。本次計(jì)算應(yīng)用MIDAS2010通用有限元程序，建立了橋梁的空間有限元模型，進(jìn)行了動(dòng)力特性分析和反應(yīng)譜分析。

1.3.2 設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜

根據(jù)《細(xì)則》第6.1.4條，對(duì)于本文中的橋梁結(jié)構(gòu)在E1和E2地震作用下的抗震分析可采用單振型反應(yīng)譜法進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)《工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》，基本地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，E1地震（50年超越概率40%）水平向地震動(dòng)加速度峰值為0.052g，特征周期為0.44s；E2地震（50年超越概率2%）水平向地震動(dòng)加速度峰值為0.206g，特征周期為0.61s，E1、E2地震水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜如圖1和圖2所示。

圖1 E1地震水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜曲線

圖2 E2地震水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜曲線

2 橡膠支座抗震驗(yàn)算

2.1 支座厚度驗(yàn)算

根據(jù)《細(xì)則》第7.5條及10.4.2條，驗(yàn)算板式支座厚度是否滿足地震作用下位移要求。表2和表3分別列出了普通板式橡膠支座和LNR天然橡膠支座在E2地震作用效應(yīng)和永久作用效應(yīng)組合下的支座位移驗(yàn)算結(jié)果。

表2 GJZ400×400×84支座位移驗(yàn)算成果表（容許位移0.06m）

表3 LNR-d420×128支座位移驗(yàn)算成果表（容許位移0.18m）

計(jì)算結(jié)果表明：在E2地震作用下，普通板式橡膠支座橫橋向計(jì)算位移均大于容許位移；當(dāng)墩高H≤12m時(shí)，支座順橋向計(jì)算位移大于容許位移，不滿足《細(xì)則》要求。LNR支座的兩個(gè)方向的計(jì)算位移均小于容許位移，且有一定的富余，能夠滿足E2地震作用下位移要求。

2.2 支座抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)《細(xì)則》第7.5條規(guī)定，對(duì)普遍板式橡膠支座進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算。表4列出了普通板式橡膠支座抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果。

表4 GJZ400×400×84支座的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算（容許水平力84kN）

LNR支座采用螺栓、套筒和錨桿連接，螺栓承擔(dān)抗剪，E2地震下只要螺栓能承擔(dān)抗剪則可滿足支座抗滑穩(wěn)定性的要求。根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》第7.5條規(guī)定，支座的動(dòng)摩擦系數(shù)最小為0.10，為偏安全考慮，LNR支座的容許水平力未考慮支座與梁體、墩臺(tái)的摩擦力，所有水平力均由螺栓承擔(dān)。表5列出了LNR支座E2地震下抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果。

表5 LNR-d420×128支座的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算（容許水平力312kN）

計(jì)算結(jié)果表明：E2地震作用下，普通板式橡膠支座兩個(gè)方向的水平地震力均大于容許水平地震力，不滿足《細(xì)則》要求。LNR支座兩個(gè)方向的水平地震力均小于容許水平地震力，且有一定的富余，能夠滿足抗滑穩(wěn)定性要求。

綜上所述，普通板式橡膠支座未與主梁和橋墩進(jìn)行有效的連接，支座在E2地震作用下會(huì)發(fā)生滑移、破壞或失效，主梁在地震下的位移會(huì)進(jìn)一步增大，產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形，易發(fā)生落梁。LNR支座的剪切位移和抗滑移性均能滿足《細(xì)則》要求，與主梁和橋墩進(jìn)行有效連接，確保橋梁上部結(jié)構(gòu)有效傳遞地震力至下部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了橋梁下部結(jié)構(gòu)水平力分散，各墩協(xié)同抵抗水平力。

3 結(jié)論

本文計(jì)算分析了裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋分別采用普通板式橡膠支座和LNR天然橡膠支座時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)情況。主要結(jié)論如下。

3.1 由于普通板式橡膠支座容許變形能力小并且僅靠摩擦力與箱梁和橋墩接觸，在7度地震區(qū)E2地震作用下，普通板式橡膠支座的厚度與抗滑穩(wěn)定性不能滿足《細(xì)則》的要求；

3.2 在7度地震區(qū)E2地震作用下，普通板式橡膠支座存在被剪斷、或滑移導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)落梁的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 LNR天然橡膠支座有較大的變形能力，通過(guò)螺栓與上部箱梁和墩臺(tái)的有效連接，分散了水平力，使各墩協(xié)同受力，能夠取得較好的抗震效果。

3.4 在7度地震烈度區(qū)，建議裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋采用LNR天然橡膠支座，能夠在使用性能和經(jīng)濟(jì)性之間達(dá)到一個(gè)較好的平衡。

[1]GB 18306—2001，中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖[S].

[2]JTG/T B02—01—2008，公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則[S].

[3]JTG D60—2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[4]JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]陜西大地地震工程勘察中心.工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告[R].西安：陜西大地地震工程勘察中心，2011.