關(guān)于山區(qū)橋梁地震損傷評價(jià)

劉春峰

(江西省交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

0 引 言

目前，通過在橋梁工程結(jié)構(gòu)的特定部位加入減震隔震系統(tǒng)，改變接頭的動(dòng)力反應(yīng)和動(dòng)力特性，來共同抵御外界的荷載作用，使工程在地震下的速度、位移、加速度等各項(xiàng)指標(biāo)得到安全有效的控制，保證震區(qū)橋梁安全結(jié)構(gòu)的安全性減震措施在橋梁施工中日益常見。這種主動(dòng)的抗震對策，以板式橡膠支座和鉛芯橡膠支座減震系統(tǒng)最為典型。

1 板式橡膠支座和鉛芯橡膠支座簡介

我國西部地勢地形地貌復(fù)雜，山區(qū)橋梁受其制約，在強(qiáng)地震帶的作用下，采用的都是橋墩相差較大的底座支撐，橋梁的狀態(tài)呈現(xiàn)出不規(guī)則的形態(tài)。傳統(tǒng)的抗震方法，是通過橋梁結(jié)構(gòu)自身抗壓和抗變形的強(qiáng)度來達(dá)到減震的目的，但是通過結(jié)構(gòu)自身來消耗地震能力的方式，不僅花費(fèi)巨大，而且會給工程本身造成傷害。板式橡膠支座和鉛芯橡膠支座造價(jià)較為合理，并能夠很好地起到防震減震的作用，在橋梁的施工建設(shè)中使用頻度越來越高。

1.1 板式橡膠支座

橡膠支座是連接橋梁上下部結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件。板式橡膠支座在使用的過程中具有很好的彈性，不僅能夠保證梁體剪切變形后的水平移位，也能適應(yīng)梁體受壓縮后的豎向轉(zhuǎn)動(dòng)。在適當(dāng)?shù)呢Q向剛度下，保證支座本身的形狀，增強(qiáng)了支座的耐磨型。由于其結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，在使用的過程中，固定支座和活動(dòng)支座的水平縱向移位由支座分擔(dān)，承壓度較為分散。一般來講，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的跨徑范圍在20 m 以內(nèi)時(shí)，均可采用板式橡膠支座。震區(qū)橋梁采用的是直接擱置在梁底的板式橡膠支座，在地震發(fā)生時(shí)，橋體的橋墩和主梁極易發(fā)生滑移的情況，從而發(fā)生縱向移動(dòng)和橫向移動(dòng)甚至引起梁落的現(xiàn)象。

1.2 鉛芯橡膠支座簡介

鉛芯橡膠支座是在普通疊層橡膠支座的中心插入鉛芯，通過橡膠來溝通橋梁的上下部，承擔(dān)橋梁的重量，利用鉛芯在震中的彈性塑料性能來消散地震的能力，使地震在下部的結(jié)構(gòu)中的震力得到均勻的分配，具有較好的回滯性和較低的屈服力。

2 工程概況

該橋位于瑞麗－－龍陵高速公路上，全橋共八聯(lián)，3 孔1聯(lián)，孔跨的布置為12 ×40.5 m，分左右兩幅布置。橋址所處的地形復(fù)雜，因構(gòu)活動(dòng)動(dòng)發(fā)生周期短，次數(shù)多，地震活動(dòng)頻繁。橋梁的上部采用的數(shù)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T 梁，下部位Y型墩，兩岸均采用樁柱式橋臺，橋基為樁基。

3 計(jì)算模型

為了對板式橡膠支架和鉛芯橡膠支架的抗震能力進(jìn)行對比，本文依靠相關(guān)軟件建立動(dòng)力模型，對橡橡膠支架與鉛芯橡膠支架進(jìn)行支座參數(shù)、樁土效應(yīng)、土彈簧參數(shù)等方面的計(jì)算和分析。

3.1 地震波的輸入

分析兩種支座的有限元?jiǎng)恿δＰ椭?，?yīng)當(dāng)事先分析其動(dòng)力特性。在此基礎(chǔ)上，分析并計(jì)算E1與E2兩種水準(zhǔn)地震的作用下。兩種橋梁支座的墩底的內(nèi)力、梁端的位移與樁的內(nèi)力等數(shù)據(jù)。地震參數(shù)如表1 所示。

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3.2 支座模擬與支座參數(shù)

在支座參數(shù)的模擬中，因跨孔中支座為固定的支座，因此需要約束橫豎橋向的位移。板式橡膠支座參數(shù)的設(shè)計(jì)中，采用GYZF4、GYZ、GYZ 三個(gè)支座型號的板式橡膠支座進(jìn)行考察，其豎向剛度分別維持1 300 000，2 100 000，1 600 000 kN·m－1，將其水平剛度維持在2 240，3 492，2 655 kN·m－1。

同樣選取三個(gè)鉛芯橡膠支座進(jìn)行豎向剛度，水平有效剛度，水平彈性剛度、屈服強(qiáng)度、屈服前后剛度的比例評估。經(jīng)測試后，將其數(shù)據(jù)演示如下，三個(gè)鉛芯橡膠支架的豎向剛度分別為:642 000，852 000，963 000 kN·m－1，水平有效剛度為2 080，2 810，3 120 kN·m－1，水平彈性剛度分別為5 060，6 830，7 590 kN·m－1，屈服強(qiáng)度為102，193，229，屈服前后的強(qiáng)度比維持在均0.29。

3.3 樁土效應(yīng)

本文采用四個(gè)不同自由度的彈簧來模擬樁土效應(yīng)，我國采用的是“m”法計(jì)算樁土彈簧的剛度，通過對土地地基系數(shù)的確定，驗(yàn)算出各個(gè)樁頂?shù)耐翉椈蓜偠?。在圖2 中，能夠考察出不同樁號的土彈簧不同方向上的剛度。SDX，SDY為水平向上土彈簧剛度，SDZ為豎向土彈簧剛度，SDX，SRy為水平轉(zhuǎn)向上的土彈簧剛度，SRZ為繞豎向的土彈簧剛度。土彈簧的參數(shù)如表2 所示。

樁號 SDX SDY SDZ SDX SRy SR Z 1，2，6 2.78E+07 2.78E+07 2.783+06 2.37E+07 2.37E+07 4.74E+07 3，5 2.78E+07 2.78E+07 2.31E+06 2.37E+07 2.37E+07 4.74E+07 4，9，10 3.42E+07 3.42E+07 2.77E+06 2.36E+07 3.36E+07 6.73E+07 7，8，11 3.42E+07 3.42E+07 2.95E+06 2.36E+07 3.36E +07 6.73E+07

3.4 動(dòng)力特性分析

橋梁的動(dòng)力特性受到結(jié)構(gòu)質(zhì)量、邊界條件、剛度等條件的影響，是橋梁結(jié)構(gòu)的固有特性。研究橋梁結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)就應(yīng)對橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性進(jìn)行細(xì)致的分析，計(jì)算其結(jié)構(gòu)振性及周期模型。在有無隔震的工況條件下，對振型的階數(shù)和地震周期的長短進(jìn)行動(dòng)態(tài)的分析，井?dāng)?shù)據(jù)結(jié)果顯示。振型階數(shù)的不同導(dǎo)致地震周期長短的不斷，其變化的趨向是，橋梁的動(dòng)力特性隨著隔震和振型階數(shù)的上升振動(dòng)的周期和幅度上升。

4 兩種支架的計(jì)算結(jié)果

根據(jù)地震時(shí)程荷載的工程狀況，得到兩種支架下墩底彎矩、墩底剪力、樁頂彎矩、樁頂剪力、梁端位移的初步計(jì)算結(jié)果，并得出兩種支架下橋梁的減震隔震效果分析。

在E1與E2兩個(gè)工況下采用的板式橡膠和鉛芯橡膠支座的墩底彎矩和樁頂彎矩，通過計(jì)算分析，呈現(xiàn)波浪形的發(fā)展趨勢。順橋向+豎向的工況中，鉛芯支架墩底彎矩的變化范圍在－6 000～6 000 kN·m 之間，樁頂彎矩的變化范圍在－15 000～1 500 kN·m 之間.板式橡膠之間的墩底彎矩變化范圍在－120 000～120 000 kN·m 之間，樁頂彎矩變化范圍在－35 000～35 000 kN·m 之間。在橫橋向+豎向的工況中，鉛芯橡膠支架墩底彎矩的變化范圍在－8 000～8 000 kN·m 之間，鉛芯橡膠支架樁頂彎矩的變化范圍在－20 000～20 000 kN·m 之間，板式橡膠之間的墩底彎矩變化范圍在－140 000～140 000 kN·m 之間，板式橡膠之間的樁頂彎矩變化范圍在－ 25 000～25 000 kN·m。由此可見，鉛芯橡膠支架彎矩變化范圍更小，穩(wěn)定性更好，抗震能力更好。

順橋向+豎向的工況中，鉛芯支架墩底剪力的變化范圍在－ 2 000～2 000 kN 之間，樁頂剪力的變化范圍在－20～20 kN 之間。板式橡膠之間的墩底剪力的變化范圍在－70 000～60 000 kN·m 之間，樁頂剪力的變化范圍在－200～200 kN 之間。在橫橋向+豎向的工況中，鉛芯橡膠支架墩底剪力的變化范圍在－3 000～2 000 kN 之間，樁頂剪力的變化范圍在－10～10 kN 之間，板式橡膠之間的墩底剪力的變化范圍在－70 000～70 000 kN 之間，樁頂剪力的變化范圍在－250～250 kN 之間。由此可見，鉛芯橡膠支架剪力變化范圍更小，穩(wěn)定性更好，抗震能力更好。

在兩種工況下，通過數(shù)據(jù)分析科室，板式橡膠支架比鉛芯橡膠支架產(chǎn)生的位移大，板式橡膠指教的變化范圍在－200～200 mm之間，鉛芯橡膠支架的變化范圍在－10～10 mm之間，變化的幅度較小，抗震能力更好。

5 結(jié) 論

通過分析震區(qū)橋墩在受損傷的條件下板式橡膠支架和鉛芯橡膠支架的抗震性能。測試得到兩種支架下墩底彎矩、墩底剪力、樁頂彎矩、樁頂剪力、梁端位移的初步計(jì)算結(jié)果，分析兩種支架下橋梁的減震隔震效果。在翔實(shí)的數(shù)據(jù)分析下，得出板式橡膠支架橋梁的優(yōu)勢在于能夠在震后保留較大位置的墩梁殘留位移。因此，在使用中，為了使板式橋梁發(fā)揮更好的作用，應(yīng)當(dāng)限制墩梁的過大位移，并且采取相關(guān)的所示降低其殘留的位置。在使用鉛芯橡膠支座時(shí)，它能夠最大限度的是橋墩墩底的建立，彎矩保持平衡，使整個(gè)橋面的受力更為均勻。對于受損的震區(qū)和災(zāi)區(qū)而言，更有利于發(fā)揮交通應(yīng)急功能。

［1］范立礎(chǔ)，王志強(qiáng).我國橋梁隔震技術(shù)的應(yīng)用［J］.振動(dòng)工程學(xué)報(bào)，2011，4(8):56－60.

［2］中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［M］.北京:人民交通出版社，2011:124－127.

［3］莊軍生.關(guān)于橋梁減隔震支座的若干問題［J］.預(yù)應(yīng)力技術(shù)學(xué)報(bào)，2010，7(13):56－58.