摩擦擺減隔震支座在現澆大懸臂箱梁橋中的應用

尹緒勝，姜 琴

（1.山東省交通規劃設計院集團有限公司，山東 濟南 250031；2.煙臺公路路網數據采集中心，山東 煙臺 264000）

引言

隨著經濟的快速發展，越來越多的城市修建高架快速路以緩解交通擁堵問題。城區現狀路網密，管線、小區、企業等控制因素多，采用大懸臂現澆結構使得橋跨布置更靈活，橋下布置地面道路也可節約用地，典型斷面見圖1。但這種結構形式，上部重量大，墩柱個數少，在地震作用下較不利。如采用延性體系設計，對于設置固定支座的橋墩，分擔了大部分上部結構慣性力，基礎按能力保護構件設計[1]時配筋困難。因此，在震區此類橋一般按照減隔震體系設計。

圖1 現澆大懸臂箱梁橫斷面/m

1 有限元模型建立

1.1 有限元模型

典型橋跨布置為3×30 m，采用有限元軟件Midas Civil 2020 模擬，構件均采用空間梁單元，支座采用一般連接模擬，采用節點彈性支承考慮樁-土作用、采用m 法計算土彈簧剛度，建立前后2 聯以考慮相鄰聯影響，見圖2。

圖2 全橋有限元模型

1.2 地震動輸入

橋梁抗震設防烈度7度（0.1 g），場地類別為Ⅲ類，場地特征周期0.45 s，結構阻尼比0.05，采用規范反應譜為目標擬合3 條E2 地震加速度時程，見圖3。

圖3 E2 地震加速度時程

1.3 支座參數

非隔震支座采用彈性連接模擬，支座布置見圖4；摩擦擺減隔震支座采用一般連接模擬，其恢復力模型見圖5。

圖4 支座布置

圖5 摩擦擺減隔震支座恢復力模型

隔震半徑決定了支座的隔震周期，是摩擦擺減隔震支座的關鍵參數。選取的原則一般為隔震后結構周期一般要求大于原結構周期2 倍，通過延長結構的周期降低結構響應。

本橋一階自振周期T1=2.12 s（順橋向振動），當R=5 時，摩擦擺系統隔震周期，體系周期T=4.96 s，為隔震前的2.2 倍，滿足要求。初始剛度，屈后剛度，等效剛度，支座參數見表1。

表1 隔震支座剛度參數

2 非線性時程分析結果

當采用3 組地震加速度時程計算時，結果取各組結果的最大值，P1～P4 墩底彎矩對比見表2、表3。

表2 右墩底順橋向彎矩對比

表3 左、右墩底橫橋向彎矩對比

通過表2 可以看出：設置普通支座時，P2 墩底順橋向彎矩約為其他墩的5 倍，該墩承擔了大部分上部結構慣性力作用；設置減隔震支座后，P2 橋墩順橋向彎矩減小了56%，其他橋墩彎矩相應增大，但各墩墩底的順橋向彎矩較為均衡。

通過表3 可以看出：設置普通支座時，右墩墩底橫向彎矩約為左墩的10 倍，這是因為右墩的墩頂支座為橫向固定，承擔了大部分上部結構慣性力作用；設置隔震支座后，右墩墩底橫橋向彎矩減小74.9%，左墩的墩底橫向彎矩增大，但左、右墩墩底彎矩較為均衡。柱頂位移、墩底剪力與彎矩的規律基本一致。

因為采用隔震支座后，結構周期延長，減小結構地震反應。摩擦擺減隔震支座的剪力銷剪斷以后，結構傳力路徑發生了變化，從“某幾個墩傳遞大部分的慣性力”轉變為“各墩協同受力”，從而大大降低了橋墩在支座固定方向所承擔的慣性力；但其他原本活動支座的橋墩彎矩也相應增大了較多，因此，采用減隔震支座的橋墩配筋時不宜區分固定墩或活動墩。

3 結語

大懸臂現澆箱梁采用減隔震支座，一方面通過延長結構周期減小結構地震反應；另一方面改變了E2 地震作用下結構的傳力路徑，各墩協同受力，極大改善了結構的抗震性能。但也要注意原本設置活動支座的橋墩內力較之前會增大，配筋時應該按照能力保護構件的要求統一配筋。