彈塑性鋼減隔震支座在橋梁抗震設計中的應用

段偉峰

（廣東粵路勘察設計有限公司，廣東 廣州 510000）

1 彈塑性鋼減隔震支座特點

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計，加工時也較容易達標，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。當遭遇地震時，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現(xiàn)減隔振，二是通過彈塑性鋼阻尼元件的耗能來實現(xiàn)減隔振。

2 橋梁抗震設計實例

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

塑性鋼減震支座的主要設計原理是將支座固定在整座橋的中間位置，然后再設置活動支座，確保橋梁在安全范圍內(nèi)進行一定程度的位移。其中考慮到橋梁的整體結構，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，其相關參數(shù)應符合表1各項數(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支座設計參數(shù)

3 橋梁減隔震分析

3.1 位移驗證

罕遇地震發(fā)生時，需要計算出橋梁支座的最大位移量，支座橫向位移數(shù)值需在一個合理范圍內(nèi)方可保證設計的合理可靠性，通過計算可知，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)和相關經(jīng)驗來對防落梁彈塑性球型鋼支座的各項數(shù)據(jù)進行設定，剪力銷抗剪強度取值為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 下部結構在罕遇地震作用下的響應

在發(fā)生地震時，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)生的情況下結構響應分別進行計算。通過本次的實驗設計和驗證表明，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，結構是完全對稱的，因此在測量時也只需要比較單側邊墩和中墩底面內(nèi)力變化值。這樣既保證了測量的準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?shù)卣鸺罘较驗榭v向時，應測量固定端邊墩和中墩墩底，當?shù)卣鸺罘较驗闄M向時，應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 關鍵截面地震響應比較

由上面表格各項數(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，且取得不錯效果。