彈塑性鋼減隔震支座在橋梁抗震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

段偉峰

（廣東粵路勘察設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510000）

1 彈塑性鋼減隔震支座特點(diǎn)

和一般的減震材料相比，彈塑性鋼減隔震支座具有優(yōu)良的性能。彈塑性鋼減隔震支座是金屬材料和塑料材料優(yōu)勢的互補(bǔ)利用，將接觸材料注入到塑料材料中，以此來使得支座的滯回性能更好。并且塑性材料在發(fā)生變形以后，會吸收大量的能量，在這種特性的影響下可以進(jìn)一步提高材料的減震性能。在加工的過程中該碳塑性減震材料更方便設(shè)計(jì)，加工時(shí)也較容易達(dá)標(biāo)，使用過程中即便有所損耗維修成本也較低，不會造成過大的損失。當(dāng)遭遇地震時(shí)，采取“硬抗”的方式，也能正常工作，無需替換。但地震烈度偏大成為罕遇地震，且限位裝置被切斷的情況下，可以通過以下方式來最大程度降低對橋梁的損傷，一是通過支座摩擦來實(shí)現(xiàn)減隔振，二是通過彈塑性鋼阻尼元件的耗能來實(shí)現(xiàn)減隔振。

2 橋梁抗震設(shè)計(jì)實(shí)例

在對橋梁抗震進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要證實(shí)NDQZ支座的減隔振效果，因此，需要對其進(jìn)行檢驗(yàn)，在本文中，以（83+140+83）m雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋作為研究案例，對其開展實(shí)驗(yàn)工作。此橋梁為雙幅橋，橋塔高度設(shè)置為31m，為滿足主梁施工需要，對主塔塔梁進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)，且確保各塔墩之間具有一定距離，為減少臺帽跨度，橋梁下部結(jié)構(gòu)選擇設(shè)置柱式橋臺，橋墩為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋區(qū)內(nèi)地震動峰值加速度為0.2g，地震動反應(yīng)譜特征周期0.45s，對應(yīng)抗震基本烈度為VIII度。

塑性鋼減震支座的主要設(shè)計(jì)原理是將支座固定在整座橋的中間位置，然后再設(shè)置活動支座，確保橋梁在安全范圍內(nèi)進(jìn)行一定程度的位移。其中考慮到橋梁的整體結(jié)構(gòu)，且即使發(fā)生地震也要確保橋梁的各種性能符合抗震的要求，其相關(guān)參數(shù)應(yīng)符合表1各項(xiàng)數(shù)據(jù)要求，由表1可知，屈服位移為33mm，一次剛度為97.80kN/mm，二次剛度為3.84kN/mm。

表1 NDQZ支座設(shè)計(jì)參數(shù)

3 橋梁減隔震分析

3.1 位移驗(yàn)證

罕遇地震發(fā)生時(shí)，需要計(jì)算出橋梁支座的最大位移量，支座橫向位移數(shù)值需在一個(gè)合理范圍內(nèi)方可保證設(shè)計(jì)的合理可靠性，通過計(jì)算可知，其最大值為24.8mm，在位移限制40mm內(nèi)，符合要求。在得到數(shù)據(jù)后，根據(jù)參數(shù)和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)來對防落梁彈塑性球型鋼支座的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定，剪力銷抗剪強(qiáng)度取值為7200kN，支座初始屈服剛度取值為720000kN/m，屈服后剛度取值為72000kN/m。

3.2 下部結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的響應(yīng)

在發(fā)生地震時(shí)，橋梁支座受到地震的影響作用力最大。因此將墩底截面作為控制截面。本文通過對對普通支座和減隔震支座在罕遇地震發(fā)生的情況下結(jié)構(gòu)響應(yīng)分別進(jìn)行計(jì)算。通過本次的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證表明，主橋采用彈塑性防落梁球型鋼支座，橋型為雙幅系桿拱橋模型時(shí)，結(jié)構(gòu)是完全對稱的，因此在測量時(shí)也只需要比較單側(cè)邊墩和中墩底面內(nèi)力變化值。這樣既保證了測量的準(zhǔn)確性又減少了工作量，有利于后期的分析工作。考慮到支座布置的具體狀況，當(dāng)?shù)卣鸺?lì)方向?yàn)榭v向時(shí)，應(yīng)測量固定端邊墩和中墩墩底，當(dāng)?shù)卣鸺?lì)方向?yàn)闄M向時(shí)，應(yīng)測量滑動端中墩和固定端中墩的墩底。具體數(shù)據(jù)如表2。

表2 關(guān)鍵截面地震響應(yīng)比較

由上面表格各項(xiàng)數(shù)據(jù)可以看出，安裝減隔振支座后，在縱向地震波作用下，剪力和彎矩減小幅度最大截面均為固定端中墩墩底，分別減小35.54%和32.14%；在橫向地震波作用下，剪力和彎矩減小幅度最大截面均為固定端中墩墩底，分別減小30.44%和26.31%。由此得出結(jié)論：在縱橫向地震波作用下，其減隔振效果均有所減小，且取得不錯(cuò)效果。