關(guān)于提高橋梁支座抗震性能的研究

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院　重慶　400041)

一、引言

在全部的自然災(zāi)害中地震的破壞力無(wú)疑是最大的，國(guó)內(nèi)外地震工作人員一直很看重對(duì)橋梁震害的研究[1-3]。就橋梁而言，它是震后救援工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),在緊急救援,物質(zhì)運(yùn)輸和災(zāi)后進(jìn)行重建這幾方面都扮演著極其重要的角色。如何保證橋梁在震后仍能良好工作,這對(duì)相關(guān)的研究人員和建造者來(lái)說(shuō)就是一份嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

當(dāng)?shù)卣鸬絹?lái)時(shí)，橋梁的支座破壞是殺傷力極大的，經(jīng)過(guò)大量事實(shí)表明支座在抗震上的表現(xiàn)是橋梁整體結(jié)構(gòu)中比較差的。支座的震害主要表現(xiàn)為：支座的歪斜、由于剪切力過(guò)大被剪斷，錨固的螺栓因過(guò)大的地震力被連根拔出，軸支座滾動(dòng)脫落、活動(dòng)支座滾出及支座本身由于材料的選用問(wèn)題致使被破壞[4]。在一定程度上減少地震力的作用從而使橋梁長(zhǎng)時(shí)間的使用，使對(duì)橋梁的主體結(jié)構(gòu)損害及對(duì)交通正常運(yùn)行的損害降到最小，這是對(duì)橋梁支座進(jìn)行抗震的目的。雖然對(duì)支座進(jìn)行抗震處理對(duì)橋梁設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中產(chǎn)生的費(fèi)用要求很高，但是，經(jīng)過(guò)處理后的支座更牢固會(huì)延長(zhǎng)再次修復(fù)的時(shí)間，從而大大降低橋梁后期的費(fèi)用[5]。作為經(jīng)過(guò)多次成功試驗(yàn)且正在大量使用的技術(shù)，支座的減震和隔震技術(shù)正被視作地震界最為重要的科研成果，而被人們極力推崇。

二、橋梁支座的破壞機(jī)理及原因探究

支座在橋梁抗震中是很脆弱的一個(gè)地方,支座的失效在地震中都是較為普遍的。而支座失效的形式主要表現(xiàn)有:(1)支座本身構(gòu)造上的破壞；(2)支座錨固螺栓撥出剪斷；(3)活動(dòng)支座脫落。

由于地震作用而導(dǎo)致的梁體以為一旦超過(guò)支座的所能支撐的范圍,支座就無(wú)法發(fā)揮其作用。而一旦支座無(wú)法支撐上部的梁體，就會(huì)導(dǎo)致其滑脫，甚至是脫離整個(gè)結(jié)構(gòu)而掉落。一旦梁體在掉落過(guò)程中碰到墩柱，則會(huì)導(dǎo)致一系列的破壞，后果十分嚴(yán)重。在跨徑較大的橋梁中，橋梁上部結(jié)構(gòu)發(fā)生的橫向變形會(huì)較大，特別是地震荷載作用時(shí)，盡量減少橫向位移的發(fā)生，是研究支座的關(guān)鍵之處。在連續(xù)梁橋中橡膠支座的運(yùn)用還是最為廣泛，主要形式有：主要類型有：板式橡膠支座、盆式橡膠支座、球型橡膠支座、鉛芯板式橡膠支座等[6-7]。在這些橡膠支座里面尤其以板式橡膠支座運(yùn)用的最多，它的特點(diǎn)很獨(dú)特，比如說(shuō)構(gòu)造簡(jiǎn)單，制作起來(lái)非常迅速，利于工人們的安裝與維護(hù)，而且實(shí)際使用費(fèi)用較低[8]。但是，在實(shí)際情況中，板式支座也存在較大的缺陷與不足，使用了較長(zhǎng)時(shí)間的板式橡膠支座會(huì)出現(xiàn)裂紋、外鼓和壓壞等現(xiàn)象[9]。

三、關(guān)于支座抗震機(jī)理的研究

水平地震力主要由固定支座承受，會(huì)導(dǎo)致固定支座端，梁與支座的連接裝置等構(gòu)件很容易發(fā)生損壞，尤其是當(dāng)固定支座的限位裝置失去作用時(shí)支座與梁體的相對(duì)位移很難控制，會(huì)影響整個(gè)橋梁的安全性能，直接使交通運(yùn)行受阻[10]。目前,國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)在計(jì)算支座地震力時(shí)運(yùn)用的是靜力法,其缺乏的地方主要有:l)沒(méi)有意識(shí)到上部梁體與橋墩的動(dòng)力作用;2)沒(méi)有考慮梁在水平面內(nèi)作橫向彎曲振動(dòng)所導(dǎo)致的固端彎矩;3)沒(méi)有考慮豎向地震力的作用;4)在想到活動(dòng)支座的摩擦影響時(shí),用的比較多的是靜力分析的方法,沒(méi)有考慮到活動(dòng)支座摩擦的動(dòng)態(tài)情況。這些都會(huì)給橋梁的抗震設(shè)計(jì)帶來(lái)較大的誤差[11-13]。通過(guò)雙向支座模型對(duì)支座滑動(dòng)破壞及滑動(dòng)時(shí)的動(dòng)力性能進(jìn)行分析可以知道，摩擦系數(shù)增大必將會(huì)引起滑動(dòng)能力的顯著減小，橋墩的墩身剛度很大也會(huì)使支座與橋墩的墩頂和橋梁底部梁的接觸面更容易的發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。

四、關(guān)于抗震支座選用的研究

目前能起到的減震和隔震作用的支座大概可以分為：通過(guò)消耗地震破壞力的作用，當(dāng)?shù)卣鸬絹?lái)時(shí)，通過(guò)這些裝置來(lái)緩減一定程度的地震力的作用，從而能夠達(dá)到使橋梁的主體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的目的，減少損失。另一種是在延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)被破壞的同時(shí)，采用必要的抗震裝置來(lái)消耗地震的能量，比較典型的代表是：擺式滑動(dòng)摩擦支座，鉛銷橡膠隔震支座。

鉛銷橡膠支座是在一般的橡膠支座中加入分量合適的鉛銷而成，由于其抗震性能強(qiáng)而被大力推崇。通過(guò)研究對(duì)含銷量不同的支座進(jìn)行研究可以看出：鉛銷橡膠支座的剛度，阻尼比和水平抵抗地震力的大小等根本參量與支座本身的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和支座材料的選定有關(guān)系。在雙向水平荷載作用下支座也能有較為穩(wěn)定的表現(xiàn)。在斜拉橋的主梁與橋塔的連接處采用鉛銷橡膠支座和阻尼器粘連在一起，用雙線性模型和阻尼模型進(jìn)行分析能夠使橋梁有效的消耗地震能量，使橋梁主體更加健康的運(yùn)行。當(dāng)增加橋梁的橋面剛度和基礎(chǔ)的剛度時(shí)，能夠在一定程度上提高地震發(fā)生時(shí)橋墩的穩(wěn)固度，而且在一些地質(zhì)條件比較好的地方，應(yīng)用鉛銷橡膠支座能更加有力的消耗地震能量。擺式滑動(dòng)摩擦支座的隔震抗震效果明顯，自身能夠回到原位。通過(guò)對(duì)擺式滑動(dòng)支座的柱墩高度、剪切變量、斜交角度等基本參數(shù)研究表明：擺式滑動(dòng)支座比鉛銷橡膠支座具有更好的抗震性能。

五、結(jié)論

由于地震的發(fā)生會(huì)影響人們正常生活的運(yùn)轉(zhuǎn)且會(huì)造成不小的經(jīng)濟(jì)損失，所以研究者目前持續(xù)關(guān)注著橋梁抗震的發(fā)展。在這其中，支座對(duì)橋梁抗震的影響是不可忽略的，采用隔震和減震技術(shù)會(huì)增強(qiáng)橋梁的穩(wěn)固和安全性能，減少地震荷載對(duì)橋梁整體結(jié)構(gòu)的損傷。當(dāng)遇到地震荷載時(shí)固定支座和滑動(dòng)支座能否共同受力，從而避免梁體從墩臺(tái)上滑落也是地震和橋梁專家關(guān)注的重點(diǎn)。根據(jù)地質(zhì)條件和地震烈度，當(dāng)選擇好橋梁的跨徑，墩臺(tái)的樣式以橋梁整體的受力方案后，對(duì)支座的選擇也是至關(guān)重要的。選擇合適的支座會(huì)減少支座與墩頂、梁底部的相對(duì)滑動(dòng)，更好的起到抗震作用。