關(guān)于提高橋梁支座抗震性能的研究

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400041)

一、引言

在全部的自然災(zāi)害中地震的破壞力無(wú)疑是最大的，國(guó)內(nèi)外地震工作人員一直很看重對(duì)橋梁震害的研究[1-3]。當(dāng)?shù)卣鸬絹?lái)時(shí)，橋梁的支座破壞是殺傷力極大的，經(jīng)過(guò)大量事實(shí)表明支座在抗震上的表現(xiàn)是橋梁整體結(jié)構(gòu)中比較差的?；A(chǔ)由于地震的作用太大而破壞，橋梁的上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)由于涉及的缺陷和施工時(shí)的不嚴(yán)謹(jǐn)再加上地震的強(qiáng)力作用會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)知的損害。支座的震害主要表現(xiàn)為：支座的歪斜、由于剪切力過(guò)大被剪斷，錨固的螺栓因過(guò)大的地震力被連根拔出，軸支座滾動(dòng)脫落、活動(dòng)支座滾出及支座本身由于材料的選用問(wèn)題致使被破壞[4]。在設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有顧及抗震的要求，在施工過(guò)程中墩臺(tái)與支座之間連接件的選用比較隨意，這些因素會(huì)導(dǎo)致橋梁支座的動(dòng)能失效。在一定程度上減少地震力的作用從而使橋梁長(zhǎng)時(shí)間的使用，使對(duì)橋梁的主體結(jié)構(gòu)損害及對(duì)交通正常運(yùn)行的損害降到最小，這是對(duì)橋梁支座進(jìn)行抗震的目的。

當(dāng)前，減震和隔震技術(shù)在許多交通基礎(chǔ)設(shè)施以及一些建筑結(jié)構(gòu)中有著廣泛的應(yīng)用，使結(jié)構(gòu)更為安全可靠，延長(zhǎng)了結(jié)構(gòu)的使用壽命，帶來(lái)了不小的經(jīng)濟(jì)效益。不少研究者說(shuō)到，雖然對(duì)支座進(jìn)行抗震處理對(duì)橋梁設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中產(chǎn)生的費(fèi)用要求很高，但是，經(jīng)過(guò)處理后的支座更牢固會(huì)延長(zhǎng)再次修復(fù)的時(shí)間，從而大大降低橋梁后期的費(fèi)用[5]。運(yùn)用減震和隔震支座在支座周圍及墩臺(tái)處加裝能夠提高阻尼的裝置，減少地震的破壞力，從而使橋梁的主體結(jié)構(gòu)的破壞降到最小。大量的研究人員指出支座與墩臺(tái)的連接方式的好壞會(huì)對(duì)地震破壞力減弱的多少有一定關(guān)系。當(dāng)在梁體與墩臺(tái)的連接處進(jìn)行抗震處理時(shí)可以大大減小墩臺(tái)及整體結(jié)構(gòu)所受的地震荷載作用。作為經(jīng)過(guò)多次成功試驗(yàn)且正在大量使用的技術(shù)，支座的減震和隔震技術(shù)正被視作地震界最為重要的科研成果，而被人們極力推崇。我國(guó)交通事業(yè)發(fā)展的越來(lái)越快，大量正在使用的橋梁已經(jīng)不能滿足抗震的要求，研究支座的抗震性能，改善整體結(jié)構(gòu)的抗震能力是很有必要的。

二、橋梁支座的破壞機(jī)理及原因探究

在跨徑較大的橋梁中，橋梁上部結(jié)構(gòu)發(fā)生的橫向變形會(huì)較大，特別是地震荷載作用時(shí)，盡量減少橫向位移的發(fā)生，是研究支座的關(guān)鍵之處。在連續(xù)梁橋中橡膠支座的運(yùn)用還是最為廣泛，主要形式有：主要類型有：板式橡膠支座、盆式橡膠支座、球型橡膠支座、鉛芯板式橡膠支座等[6-7]。在這些橡膠支座里面尤其以板式橡膠支座運(yùn)用的最多，它的特點(diǎn)很獨(dú)特，比如說(shuō)構(gòu)造簡(jiǎn)單，制作起來(lái)非常迅速，利于工人們的安裝與維護(hù)，而且實(shí)際使用費(fèi)用較低[8]。但是，在實(shí)際情況中，板式支座也存在較大的缺陷與不足，使用了較長(zhǎng)時(shí)間的板式橡膠支座會(huì)出現(xiàn)裂紋、外鼓和壓壞等現(xiàn)象[9]。出現(xiàn)這些現(xiàn)象的原因主要是跟支座材料的屬性有關(guān)，一些廠家運(yùn)用了一些回收過(guò)的低劣的橡膠來(lái)制造支座，致使支座的質(zhì)量減少很多。而橋梁的整體結(jié)構(gòu)對(duì)支座抵抗橫向剪切變形的能力有較高的要求，因此，在橋梁運(yùn)營(yíng)期間會(huì)導(dǎo)致支座抗剪切能力不滿足設(shè)計(jì)值的要求。提高支座的抗剪切能力會(huì)減少支座大面積的位移及破壞，從而減少因支座破壞帶來(lái)的不必要的損失，必定會(huì)提高經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。

三、關(guān)于支座抗震機(jī)理的研究

隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，提高橋梁的抗震能力得到了越來(lái)越多的研究者的關(guān)注。當(dāng)橋梁受到地震荷載時(shí)，地震荷載通過(guò)墩臺(tái)傳遞給支座，然后到上部結(jié)構(gòu)，上部支座的慣性力又通過(guò)支座傳遞給下部支座。在強(qiáng)震的作用，活動(dòng)支座會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)。因此，水平地震力主要由固定支座承受，會(huì)導(dǎo)致固定支座端，梁與支座的連接裝置等構(gòu)件很容易發(fā)生損壞，尤其是當(dāng)固定支座的限位裝置失去作用時(shí)支座與梁體的相對(duì)位移很難控制，會(huì)影響整個(gè)橋梁的安全性能，直接使交通運(yùn)行受阻[10]。目前,國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)在計(jì)算支座地震力時(shí)運(yùn)用的是靜力法,其缺乏的地方主要有:l)沒(méi)有意識(shí)到上部梁體與橋墩的動(dòng)力作用;2)沒(méi)有考慮梁在水平面內(nèi)作橫向彎曲振動(dòng)所導(dǎo)致的固端彎矩;3)沒(méi)有考慮豎向地震力的作用;4)在想到活動(dòng)支座的摩擦影響時(shí),用的比較多的是靜力分析的方法,沒(méi)有考慮到活動(dòng)支座摩擦的動(dòng)態(tài)情況。這些都會(huì)給橋梁的抗震設(shè)計(jì)帶來(lái)較大的誤差[11-14]。在原來(lái)的橋梁地震分析中，基本沒(méi)有意識(shí)到支座的滑動(dòng)問(wèn)題，大多只是應(yīng)用了線性模型進(jìn)行模擬，這與實(shí)際情況不相符合。通過(guò)雙向支座模型對(duì)支座滑動(dòng)破壞及滑動(dòng)時(shí)的動(dòng)力性能進(jìn)行分析可以知道，摩擦系數(shù)增大必將會(huì)引起滑動(dòng)能力的顯著減小，橋墩的墩身剛度很大也會(huì)使支座與橋墩的墩頂和橋梁底部梁的接觸面更容易的發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)[15]。

四、結(jié)論

隨著我國(guó)交通事業(yè)發(fā)展步伐的加快，各種基礎(chǔ)設(shè)施也蓬勃發(fā)展起來(lái)，橋梁的安全性、穩(wěn)固性得到了跟多的關(guān)注。由于地震的發(fā)生會(huì)影響人們正常生活的運(yùn)轉(zhuǎn)且會(huì)造成不小的經(jīng)濟(jì)損失，所以研究者目前持續(xù)關(guān)注著橋梁抗震的發(fā)展。在這其中，支座對(duì)橋梁抗震的影響是不可忽略的，采用隔震和減震技術(shù)會(huì)增強(qiáng)橋梁的穩(wěn)固和安全性能，減少地震荷載對(duì)橋梁整體結(jié)構(gòu)的損傷。當(dāng)遇到地震荷載時(shí)固定支座和滑動(dòng)支座能否共同受力，從而避免梁體從墩臺(tái)上滑落也是地震和橋梁專家關(guān)注的重點(diǎn)。