橋梁轉體施工與基礎隔震集成裝置的設計要點

趙蘭蘭 中國五洲工程設計集團有限公司

一、集成裝置構造及功能

橋梁轉體施工與基礎隔震集成裝置[3]，主要包括摩擦擺隔震支座（FPB）、凹槽滑道和限位箍三部分，采用多個摩擦擺隔震支座，中心布置一個摩擦擺隔震支座，在中心的四周環狀布置若干個相同的摩擦擺隔震支座。詳細構造見[3]，基本構造如圖1 所示。

轉體過程中，以中心摩擦擺的中心為轉軸，中心摩擦擺滑塊和下支座板之間的面為滑動面，四周環狀布置摩擦擺的上支座板和凹槽滑道之間為滑動面；利用限位箍將環狀布置摩擦擺固定在各自初始位置，利用凹槽滑道限制環狀布置摩擦擺在轉體過程中可能的徑向位移，以實現橋梁轉體。轉體完成后將限位箍拆除，并將環狀布置摩擦擺的上支座板和凹槽滑道固定連接，完成橋梁轉體施工的功能。在橋梁使用過程中，摩擦擺支座為該橋梁的隔震裝置。

圖1 集成裝置基本構造圖

二、多摩擦擺曲率協調設計

由于中心摩擦擺支座與周圍布置的摩擦擺支座尺寸大小不同，為了實現對隔震系統的周期的控制設計，各摩擦擺滑塊的下表面的曲率半徑也即下支座板凹腔的曲率半徑R應一致。

為了實現在擺動過程中多個摩擦擺同步擺動，且受力分布基本不變，須滿足各摩擦擺的上支座板在擺動過程中上升的高度一致。

設滑塊的高度為a，滑塊上表面的曲率半徑也即關節的曲率半徑為R1，滑塊下表面的曲率半徑也即下支座板的凹腔的曲率半徑為R，則如圖2，擺動的角度為，擺動過程中上支座板上升的高度，其中R'=R+R1–a。由于本節上文所述各摩擦擺滑塊的下表面的曲率半徑也即下支座板凹腔的曲率半徑R 相同，所以擺動角度相同，因此若想上支座板上升的高度h 相同，則須各摩擦擺的R1–a 相同。

三、摩擦系數設計

1.在橋梁轉體施工階段，因限位箍的限制作用，四周環狀布置摩擦擺支座的擺動滑動面和關節滑動面均相對不滑動，但中心摩擦擺除擺動滑動面可正常轉動外，關節滑動面沒有限制，因此做如下考慮：設計時使關節滑動面的摩擦系數比擺動滑動面的大，使得無過大偏載轉動時，在中心摩擦擺支座中，擺動滑動面處發生轉動，而關節處的滑動面處在靜摩擦狀態，相對不動。

圖2 曲率半徑和滑塊高度協調設計圖

2.由于集成裝置中的中心摩擦擺的擺動滑動面有兩種作用：在轉體施工過程中起滑動轉體作用，在成橋使用階段起擺動隔震作用，所以中心摩擦擺的摩擦系數應綜合考慮這兩種功能。基礎隔震摩擦擺的動摩擦系數μ 與隔震系統的初始剛度和阻尼有關，EPS生產摩擦擺隔震裝置[4,5]的動摩擦系數一般為0.03～0.2。又考慮在轉體施工中滑動面的摩擦力太大則需要較大牽引力實現轉動，一般動摩擦系數設計為0.05 左右。綜合考慮，中心摩擦擺的擺動滑動面動摩擦系數可為0.03～0.06。為方便對隔震系統進行指標控制的設計，集成裝置中周邊布置摩擦擺和中心摩擦擺的擺動滑動面的摩擦系數μ 最好相同。

四、小結

1.針對橋梁轉體施工和基礎隔震集成裝置的基本構造及實現其功能的各階段構造變化進行了介紹；

2.根據橋梁使用階段基礎隔震功能及隔震的控制設計的需要，提出各摩擦擺支座滑塊下表面的曲率半徑也即下支座板凹腔的曲率半徑R 應一致，并且各摩擦擺的R1–a 應相同（其中，R1 為滑塊上表面的曲率半徑也即關節的曲率半徑，a 為滑塊的高度）；

3.關于集成裝置中摩擦系數有兩個設計要點：其一為關節滑動面的摩擦系數應比擺動滑動面的大；其二為集成裝置中周邊布置摩擦擺和中心摩擦擺的擺動滑動面的動摩擦系數μ 最好相同，取值優選為0.03～0.06。