關于山區橋梁地震損傷評價

劉春峰

(江西省交通職業技術學院)

0 引 言

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

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雜，山區橋梁受其制約，在強地震帶的作用下，采用的都是橋墩相差較大的底座支撐，橋梁的狀態呈現出不規則的形態。傳統的抗震方法，是通過橋梁結構自身抗壓和抗變形的強度來達到減震的目的，但是通過結構自身來消耗地震能力的方式，不僅花費巨大，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構的重要構件。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，也能適應梁體受壓縮后的豎向轉動。在適當的豎向剛度下，保證支座本身的形狀，增強了支座的耐磨型。由于其結構簡單，造價低廉，在使用的過程中，固定支座和活動支座的水平縱向移位由支座分擔，承壓度較為分散。一般來講，當標準的跨徑范圍在20 m 以內時，均可采用板式橡膠支座。震區橋梁采用的是直接擱置在梁底的板式橡膠支座，在地震發生時，橋體的橋墩和主梁極易發生滑移的情況，從而發生縱向移動和橫向移動甚至引起梁落的現象。

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，使地震在下部的結構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，3 孔1聯，孔跨的布置為12 ×40.5 m，分左右兩幅布置。橋址所處的地形復雜，因構活動動發生周期短，次數多，地震活動頻繁。橋梁的上部采用的數預應力混凝土連續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行對比，本文依靠相關軟件建立動力模型，對橡橡膠支架與鉛芯橡膠支架進行支座參數、樁土效應、土彈簧參數等方面的計算和分析。

3.1 地震波的輸入

分析兩種支座的有限元動力模型之前，應當事先分析其動力特性。在此基礎上，分析并計算E1與E2兩種水準地震的作用下。兩種橋梁支座的墩底的內力、梁端的位移與樁的內力等數據。地震參數如表1 所示。

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3.2 支座模擬與支座參數

在支座參數的模擬中，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。板式橡膠支座參數的設計中，采用GYZF4、GYZ、GYZ 三個支座型號的板式橡膠支座進行考察，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。

同樣選取三個鉛芯橡膠支座進行豎向剛度，水平有效剛度，水平彈性剛度、屈服強度、屈服前后剛度的比例評估。經測試后，將其數據演示如下，三個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，屈服強度為102，193，229，屈服前后的強度比維持在均0.29。

3.3 樁土效應

本文采用四個不同自由度的彈簧來模擬樁土效應，我國采用的是“m”法計算樁土彈簧的剛度，通過對土地地基系數的確定，驗算出各個樁頂的土彈簧剛度。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 動力特性分析

橋梁的動力特性受到結構質量、邊界條件、剛度等條件的影響，是橋梁結構的固有特性。研究橋梁結構的基礎就應對橋梁結構的動力特性進行細致的分析，計算其結構振性及周期模型。在有無隔震的工況條件下，對振型的階數和地震周期的長短進行動態的分析，井數據結果顯示。振型階數的不同導致地震周期長短的不斷，其變化的趨向是，橋梁的動力特性隨著隔震和振型階數的上升振動的周期和幅度上升。

4 兩種支架的計算結果

根據地震時程荷載的工程狀況，得到兩種支架下墩底彎矩、墩底剪力、樁頂彎矩、樁頂剪力、梁端位移的初步計算結果，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，通過計算分析，呈現波浪形的發展趨勢。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，穩定性更好，抗震能力更好。

在兩種工況下，通過數據分析科室，板式橡膠支架比鉛芯橡膠支架產生的位移大，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 論

通過分析震區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、梁端位移的初步計算結果，分析兩種支架下橋梁的減震隔震效果。在翔實的數據分析下，得出板式橡膠支架橋梁的優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，為了使板式橋梁發揮更好的作用，應當限制墩梁的過大位移，并且采取相關的所示降低其殘留的位置。在使用鉛芯橡膠支座時，它能夠最大限度的是橋墩墩底的建立，彎矩保持平衡，使整個橋面的受力更為均勻。對于受損的震區和災區而言，更有利于發揮交通應急功能。

［1］范立礎，王志強.我國橋梁隔震技術的應用［J］.振動工程學報，2011，4(8):56－60.

［2］中交公路規劃設計院.公路橋涵設計通用規范［M］.北京:人民交通出版社，2011:124－127.

［3］莊軍生.關于橋梁減隔震支座的若干問題［J］.預應力技術學報，2010，7(13):56－58.