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有限公司，安徽 合肥 230088；2.安徽省交通規劃設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構破壞越來受到地震學家的關注[1,2]，國內已逐步開展了對普通橋梁在近場地震下響應特點的研究[3,4]，但對于減隔震橋梁的近場地震響應影響研究仍然很少。具有廣泛運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，系統地研究布置拉索減震支座對連續梁橋支座響應的影響，為近場區域該類橋梁采用拉索減震支座的設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點焊接形成鋼構架，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。下部結構采用直徑1.2 m，壁厚為0.25 m的預制圓柱墩，圓形截面的C30混凝土群樁基礎布置在橋墩底部，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，預制混凝土橋面板采用厚殼單元離散為空間結構；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；墩底承臺模擬為質點，樁基礎采用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。抗震有限元動力計算模型如圖1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 地震響應分析

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

2.1 非隔震橋梁

非隔震橋梁的支座按設計方案布置，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1.038 m，中支座位移最大達0.575 m；沿橫橋向激勵時，邊支座位移最大達0.550 m，中支座位移最大達0.390 m，可見縱、橫橋向支座位移遠遠超過支座位移能力(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73.28%；中支座由0.575 m降到0.253 m，降幅達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61.88%；中支座由0.373 m降到0.210 m，降幅達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，但相對于原支座產生的位移來說，能降低落梁以及梁體發生碰撞的可能性。

3 結 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梁橋上的減震效果，得到如下結論：

(1)近場地震作用下，非隔震橋梁的支座位移遠遠超過支座位移能力，并且在縱橋向發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，從而避免落梁的震害發生。