铅芯橡胶支座对桥梁地震响应影响

薛晓杰 谢 姣

(长安大学，陕西 西安 710064)

1 铅芯橡胶支座的构造及隔震原理

铅芯橡胶支座由用来支承荷载的叠层橡胶支座及用于吸收耗散能量的铅销组合而成。普通橡胶支座的主要缺点是阻尼很小，在较低水平力作用下支座变形也可能很大。在普通橡胶支座中插入铅销，则可以得到一个紧凑的隔震装置。铅销提供了地震下的耗能和静力荷载下所必须的屈服强度与刚度，在较低水平力作用下，因具有较高的初始刚度，其变形很小。在强烈地震作用下，由于铅销的屈服，一方面消耗地震能量;另一方面，刚度降低，达到延长结构周期的目的，从而通过降低地震激励来减小地震反应。

2 铅芯橡胶支座隔震分析

本文选取黑城河特大桥为计算模型，利用有限元软件Madis/Civil进行分析计算。该桥主桥采用四跨预应力混凝土变截面连续箱梁;引桥为30米先简支后结构连续T梁桥。

不同的支座参数对隔震效果影响较大，对于直线桥梁来说初步选择铅芯支座时首先要满足正常使用的要求，一般包括刚度、阻尼、健全的传略机能、稳定的静力和动力特性、蠕变性能、耐久性要求、施工安装和交换容易。参考国内铅销橡胶支座试验研究成果，本文取铅芯橡胶支座硬化比为6.5。参考某品牌铅芯橡胶支座参数，根据等效刚度及弹性反应谱法的基本原理，针对铅芯橡胶支座的布置方式，初步试选取了一种型号的支座。支座型号及参数见下表1。

表1 铅芯橡胶支座参数表

3 铅芯橡胶支座隔震效果分析

为了验证以上选定的LRB600铅芯橡胶支座的隔震效果，本文分别建立安装盆式橡胶支座(以下称非隔震支座)和安装LRB600铅芯橡胶支座(以下称隔震支座)两种模型(非隔震模型与隔震模型)进行水平地震响应时程分析。两种模型隔震支座减震率用λ来表示，表2列出了隔震支座对关键部位地震响应的减震率。通过计算可知非隔震模型的前三阶周期分别为2.89、1.57、1.33，而隔震模型的前三阶周期则是3.25、2.56、2.24.通过结构的前三阶自振周期可知，盆式支座是一种刚性支座，铅芯橡胶支座初始刚度性对于盆式支座刚度有所减小，从而结构的自振周期变大。

表2 隔震支座对关键部位地震响应的减震率

从表2可看出，相对于盆式支座在横桥向铅芯橡胶支座具有明显的减震效果。铅芯橡胶支座在横桥向能有效的减小墩底弯矩。对于2号墩固定墩和其它活动墩铅芯橡胶支座的减震效果不同，2号墩减震率高于其它墩，在横桥向和顺桥向减震效果都十分明显，并且铅芯橡胶支座对墩底弯矩进行了重新分配，使之趋向均匀受力。因此通过计算可知采用4个LRB600铅芯橡胶支座能有效减小地震响应中的位移响应和横桥向弯矩响应，同时对弯矩进行了重分配，提高了桥梁行车舒适性。

4 结论

盆式支座是一种刚性支座，铅芯橡胶支座初始刚度性对于盆式支座刚度有所减小，从而结构的自振周期变大。并且铅芯橡胶支座相对于盆式支座在横桥向铅芯橡胶支座具有明显的减震效果。铅芯橡胶支座在横桥向能有效的减小墩底弯矩。另外铅芯橡胶支座还会对墩底弯矩进行重新分配，使之趋向均匀受力。