铅芯隔震橡胶支座在桥梁中的应用

罗 进

(重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074)

铅芯隔震橡胶支座在桥梁中的应用

罗 进

(重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074)

以帮滇河3号大桥为依托，采用有限元时程分析方法，比较分析普通板式橡胶支座与铅芯隔震橡胶支座抗震性能。研究结果表明：采用铅芯隔振橡胶支座可有效改善桥梁在地震中的受力状况，较大幅度减少墩底轴力、剪力、弯矩。研究成果为该工程的支座替换提供理论依据。

铅芯隔震橡胶支座；减隔震；时程分析

1 工程概况

帮滇河3号大桥位于龙陵～瑞丽高速公路上，为跨越320国道与河流而设，该桥中心桩号为K73+559，全长390 m，上部结构：3×30+3×40+3×30+3×30 mT形连续梁。下部结构:桥墩为桩柱式直径1.8 m，长度3～5 m的矮墩。全桥共设5道伸缩缝，桥墩处(3#、6#、9#)和桥台处分别采用160型、80型伸缩缝装置。全桥桥型布置见图1。

图1 帮滇河3号桥桥型布置

2 有限元建模

铅芯支座是在普通叠层橡胶支座的中心插入铅芯，以改善橡胶支座阻尼性能。铅芯支座除能承受结构物的重力和水平力外，铅芯产生的滞后阻尼的塑性变形还能吸收能量，并可通过橡胶提供水平恢复力比普通橡胶支座有较大优势，本项目采用普通橡胶支座和铅芯隔震橡胶支座作对比，两类支座各有3种不同型号用于30m、40m跨和伸缩缝中，支座型号见表1和表2。

表1 普通橡胶支座

表2 铅芯橡胶隔震支座

图2 有限元模型

利用MIDAS Civil 2012分别建立两种不同工况形式的有限元模型。工况1采用普通板式橡胶支座，工况2采用铅芯隔震橡胶支座。两种工况建模时，T梁采用C50砼，盖梁和墩柱采用C30砼，桩采用土弹簧模拟，模型见图2。地震波根据云南省地震工程研究院提供的《国家高速公路网横12杭州至瑞丽公路龙陵(龙山卡)至瑞丽(弄岛)段高速公路重点工程场地地震安全性能评价报告》，确定E1地震波采用50年超越概率63%的3条地震波和E2地震波采用50年超越概率2%的3条地震波，本文提供E1、E2地震波各1条，如图3、图4所示。

图3 E1地震波(50年超越概率63%)

图4 E2地震波(50年超越概率2%)

地震响应分析采用非线性动态时程分析法，积分采用振型叠加法，时间步长Δt取0.02 s，持续时间为20 s。阻尼矩阵采用振型阻尼，阻尼比取0.05。地震波组合采用横桥向或顺桥向+竖向组合方式，竖向地震动分量取水平分量的0.65倍。

3 动力时程结果比较分析

3.1 结构动力特征分析

图5 结构振动周期

两种工况下前10阶结构振动周期见图5。由图5可知，采用工况2支座形式比采用工况1支座形式振动周期增加约7.1%～12.5%。这说明采用铅芯隔震支座可较大程度地增加结构的延性，这可增强桥梁的抗震能力。

3.2 墩底最不利截面内力

两种工况下顺桥向桥墩最不利截面轴力、剪力和弯矩见图6、图8、图10，横桥向最不利轴力、剪力和弯矩见图7、图9、图11。

由图6～图11可以看出，铅芯隔震支座能不同程度地降低墩底轴力、剪力、弯矩。比较工况1和工况2可以看出，顺桥向轴力除7号墩外，其余墩底降低0.9%～7.9%，剪力降低16.3%～34.3%，弯矩降低9.9%～32.1%。横桥向轴力降低15.1%～27.2%，剪力降低7.4%～34.7%，弯矩降低13.9%～33.7%。

3.3 伸缩缝与支座位移

两种工况下桥梁伸缩缝位移见表3，支座位移见表4、表5。从表3中可以看出，工况2支座位移均小于工况1的支座位移，相同位置伸缩缝最大减少129.6 mm，减少幅度在15.8%～64.4%，支座顺桥向降低22.4～30.7%，横桥向降低23.9%～45.2%。

图6 顺桥向墩底轴力对比图

图7 横桥向墩底轴力对比图

图8 顺桥向墩底剪力对比图

图9 横桥向墩底剪力对比图

图10 顺桥向墩底弯矩对比图

图11 顺桥向墩底弯矩对比图

mm

表4 顺桥向支座位移 mm

表5 横桥向支座位移 mm

4 结论

(1)低墩桥梁刚度大，自振周期较短，铅芯隔震支座可明显延长桥梁的自振周期，能避开地震波高峰，从而降低桥梁地震反应。

(2)使用铅芯隔震橡胶支座相对普通板式橡胶支座，可将地震作用下墩底内力减小，峰值削弱，曲线相对平缓。

(3)采用铅芯隔震橡胶支座相对普通板式橡胶支座，可减小地震作用下的伸缩缝位移。

综上所述，采用铅芯隔震橡胶支座相对于普通板式橡胶支座，可减小地震作用下的墩底内力、桩身内力、伸缩缝位移以及支座位移，从而提高桥梁的抗震性能。因此，建议采用铅芯隔震橡胶支座替代普通板式橡胶支座。

[1]黄少艳，阎贵平，鞠彦忠.采用减隔震支座提高桥梁结构的安全性[J].中国安全科学学报，2002，12(5)：71-75.

[2] 龚万江，刘朝福，刘维娟.支座对连续T形梁抗震性能影响分析[J].公路交通科技：应用技术版，2008，45(9)：17-19.

[3] 方海，李升玉，王曙光，等.高烈度区连续桥的减隔震设计方法研究[J].地震工程渝工程振动，2005，25(6)：178-182.

[4] 庄军生.桥梁支座[M].北京：中国铁道出版社，2000.

[5] 钟铁毅，李宇，杨风利，等.铅芯橡胶支座隔震连续梁桥的地震能量反应分析[J].中国铁道科学，2009，30(3)：11-14.

Application of lead rubber bearings in bridges

LUO Jin

(SchoolofArchitectureandConstruction,ChongqingJiaotongUniversity,Chongqing400074,China)

This paper compares the seismic performance of ordinary laminated rubber bearings with the seismic performance of lead rubber bearings on the basis of No.3 Bridge of Bangdian River by using finite element time-history analysis method. The results show that using lead rubber bearings can effectively improve the force status of bridges in the earthquakes. And it can also reduce pier base axial force, shear force and bending moment substantially. The researching results provide theoretical bases for the replacement of bearings in this project.

lead rubber bearings; seismic mitigation and absorption; time-history analysis

2013-12-07

罗 进(1986-)，男，重庆万盛人，重庆交通大学土木工程学院硕士研究生。

1674-7046(2014)01-0015-04

U443.36

A