基于拉索減震支座的鋼板組合梁橋抗震性能研究

竇維禹，吳平平

(1.安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230088；2.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

近年來，近場地震動引起的結(jié)構(gòu)破壞越來受到地震學(xué)家的關(guān)注[1,2]，國內(nèi)已逐步開展了對普通橋梁在近場地震下響應(yīng)特點(diǎn)的研究[3,4]，但對于減隔震橋梁的近場地震響應(yīng)影響研究仍然很少。具有廣泛運(yùn)用前景的拉索減震支座，袁萬城以及黨新志等[5,7]研究了該支座在近場地震下的減隔震效果，但都基于常規(guī)混凝土梁橋，其對鋼板組合梁橋的適用性值得研究。本文以一座支撐橫梁體系鋼板組合連續(xù)梁橋作為背景，輸入多條近場地震動記錄，與非隔震橋梁做對比，系統(tǒng)地研究布置拉索減震支座對連續(xù)梁橋支座響應(yīng)的影響，為近場區(qū)域該類橋梁采用拉索減震支座的設(shè)計方案提供理論參考。

1 工程概況

1.1 算例橋梁

選取一座跨徑布置為4×35 m的支撐橫梁體系鋼-混凝土板組合梁橋為研究對象。工字型鋼梁作為主梁，與端橫梁、中橫梁及小橫梁通過節(jié)點(diǎn)焊接形成鋼構(gòu)架，通過剪力釘將混凝土橋面板和鋼主梁連接成一個整體。單根剪力釘直徑22 mm、釘長190 mm的ML15焊釘，沿鋼主梁上翼緣間距為150 mm和300 mm縱向布置。下部結(jié)構(gòu)采用直徑1.2 m，壁厚為0.25 m的預(yù)制圓柱墩，圓形截面的C30混凝土群樁基礎(chǔ)布置在橋墩底部，通過方形承臺連接。邊墩上布置聚四氟乙烯滑板支座，中墩以及次邊墩均布置高摩阻板式橡膠中支座。

1.2 有限元模型

采用SAP2000 建立算例橋梁的非線性動力有限元模型。其中，預(yù)制混凝土橋面板采用厚殼單元離散為空間結(jié)構(gòu)；鋼梁、橫梁及橋墩采用空間框架梁單元模擬；剪力釘采用LINK單元模擬，并考慮合并后剪切剛度的折減；墩底承臺模擬為質(zhì)點(diǎn)，樁基礎(chǔ)采用6×6集中土彈簧模擬；聚四氟乙烯滑板邊支座以及高摩阻板式橡膠中支座采用LINK單元模擬?？拐鹩邢拊獎恿τ嬎隳Ｐ腿鐖D1所示。

圖1 鋼板組合梁橋動力有限元模型

1.3 地震動輸入

選取8條近場地震波作為時程輸入，見表1，分別沿縱橋向和橫橋向輸入，不考慮豎向地震作用。

表1 所選近場地震動記錄

2 地震響應(yīng)分析

由于算例橋梁為對稱結(jié)構(gòu)，限于篇幅，僅列出1#～3#橋墩上支座縱、橫橋向的位移響應(yīng)。

2.1 非隔震橋梁

非隔震橋梁的支座按設(shè)計方案布置，即端支座采用聚四氟乙烯滑板支座，中支座采用新型高摩阻板式橡膠支座，橫向設(shè)置支座擋塊。在近場地震作用下，計算得到的1#～3#墩支座縱、橫橋向最大位移見表2。

表2 非隔震橋梁支座縱、橫橋向最大位移

由表2可知，在近場地震作用，沿縱橋向激勵時，邊支座位移最大達(dá)1.038 m，中支座位移最大達(dá)0.575 m；沿橫橋向激勵時，邊支座位移最大達(dá)0.550 m，中支座位移最大達(dá)0.390 m，可見縱、橫橋向支座位移遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過支座位移能力(聚四氟乙烯滑板支座極限位移為0.13 m，高摩阻板式橡膠支座縱、橫向極限位移為0.063 m)。值得注意的是，沿縱橋向鋼主梁與橋墩墩帽搭接約為1 m，因此近場地震作用下很有可能產(chǎn)生沿縱橋向落梁的震害，同時橫橋向由于支座位移過大，將與支座擋塊發(fā)生碰撞。

2.2 隔震橋梁

隔震橋梁即將所有的支座替換成拉索減震支座，并對布置減隔震支座的組合梁橋進(jìn)行非線性時程分析。表3僅列出不同支座類型對支座縱、橫橋向最大位移的影響。

表3 不同支座類型對支座縱、橫橋向最大位移影響

由表3可知，當(dāng)采用拉索減震支座后，沿縱橋向激勵時，邊支座最大位移由1.038 m降到0.277 m，降幅達(dá)73.28%；中支座由0.575 m降到0.253 m，降幅達(dá)55.92%。沿橫橋向激勵時，邊支座最大位移由0.509 m降到0.194 m，降幅達(dá)61.88%；中支座由0.373 m降到0.210 m，降幅達(dá)43.68%。可見，采用拉索減震支座能大幅度降低支座縱、橫橋向位移，雖然支座位移仍較大，但相對于原支座產(chǎn)生的位移來說，能降低落梁以及梁體發(fā)生碰撞的可能性。

3 結(jié) 論

本文探討了近場地震作用下拉索減震支座在鋼板組合連續(xù)梁橋上的減震效果，得到如下結(jié)論：

(1)近場地震作用下，非隔震橋梁的支座位移遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過支座位移能力，并且在縱橋向發(fā)生落梁的可能性極大。

(2)采用拉索減震支座，對支座位移有很大束縛作用，支座位移大幅降低，將其控制在支座位移能力范圍內(nèi)，從而避免落梁的震害發(fā)生。