支座参数对隔震桥梁地震响应的影响分析

罗列 王建勋

（慈溪市公路管理段 中国慈溪 315300）

支座参数对隔震桥梁地震响应的影响分析

罗列 王建勋

（慈溪市公路管理段 中国慈溪 315300）

本文旨在研究铅芯橡胶支座（LRB）隔震桥梁在改变支座参数时，双向水平地震波作用下的地震响应。本文以一座典型三跨连续梁桥为工程背景，建立包含铅芯橡胶支座在内的隔震桥梁全桥数学分析模型。采用Bouc-wen模型模拟LRB的非线性动力特性，使用有限单元法建立系统的特性矩阵，龙格库塔法求解非线性方程。比较在不同的支座参数下的地震响应来研究支座参数对隔震效果的影响。数值结果表明，铅芯橡胶支座的初始刚度、硬化比和屈服强度比等参数对隔震桥地震响应的影响较大，通过支座的优化设计可以有效地减少地震响应的作用。

隔震桥；LRB；支座参数；地震响应

1 引言

地震灾害发生时，桥梁的失效破坏巨大的人员伤害和财产损失。研究表明支承在墩台上的隔震支座通过抑制水平地震加速度的传递和阻尼耗能来保护上部结构免受破坏。

本文研究LRB隔震桥梁在双向地震波作用下，通过对比不同的支座特性参数（包括初始刚度、硬化比和屈服强度）下隔震桥在地震波作用下的双向地震响应，从而得出支座参数与隔震桥隔震效果之间的因果联系，为LRB隔震桥梁的设计和施工提供现实的指导。

2 隔震桥数学模型和数值方法

本文以一座支承在隔震支座上的一般高度多跨连续梁桥为工程背景。桥梁的下部结构为刚性台和钢筋混凝土墩，考虑桥梁上部结构和桥墩的柔度。体系振动运动方程为：

其中：kb为LRB的初始刚度；、xb、yb分别为支座沿x、y方向的速度和位移。Zx、Zy分别为回复力的滞回位移在x、y方向位移分量；a为硬化比（akb即为支座屈服后刚度）；Fy是支座屈服力。

滞回位移分量由下面的耦合非线性一阶微分方程来表达：

其中：β、τ、A为控制滞回线形状和尺寸的参数；q是屈服位移本文中A=1，β=τ=0.5。

运动方程取时间步长△t=0.02计算响应，主要分析数据包括梁顶加速度，墩底内力和墩台相对位移。模型中结构的阻尼取为5%。

3 支座参数对地震响应的影响

3.1 刚度的影响

为了研究铅芯橡胶支座刚度大小对隔震效果的影响，建立3个支座计算模型，分别取不同的支座刚度，其它参数均相同。计算结果如表1所示。

支座刚度与梁体加速度的关系曲线如图1所示。

3.2 硬化比的影响

为了研究铅芯橡胶支座硬化比对隔震效果的影响，建立了6个计算模型，各模型除了铅芯橡胶支座的硬化比不同外，其它参数均相同（如表2）。

硬化比与桥梁各主要响应指标墩底剪力的关系曲线如各图2所示。

表1 不同铅芯橡胶支座刚度的桥梁结构反应

图1 刚度与最大梁纵、横向加速度关系图

3.3 屈服强度比的影响

为了研究铅芯橡胶支座屈服强度比对隔震桥隔震效果有影响，建立了7个分析模型，各模型除了铅芯橡胶支座的屈服强度比不同外，其他参数均相同。计算结果如表3所示。

4 结论

（1）随着铅芯橡胶支座的刚度增大，梁体加速度和墩底内力增大，隔震效果逐渐减小，不利于隔震桥隔震。此外，梁体的纵向加速度和墩底内力都要比横向的变化明显。所以为了获得更好的隔震效果，可以采用刚度相对较小的铅芯橡胶支座，但同时就会出现梁体与墩之间的相对位移过大的现象，甚至可能会导致落梁的情况，在本文中，当支座的初始刚度取5000MPa时，隔震桥的支座纵向位移达到74.6cm。因此，我们在选择铅芯橡胶支座时，应该对支座刚度等参数进行优化设计。

（2）从计算结果可以看出，硬化比a在一定的范围内对桥梁的纵向响应的影响大于横向响应。当硬化比逐渐增大时，隔震桥的纵向隔震率下降速度远远大于横向隔震率，相对于梁加速度和墩底内力，硬化比对支座的位移影响相对要小。因此，在进行铅芯橡胶支座隔震桥参数设计时，确定硬化比可只考虑纵向的影响。

（3）随着铅芯橡胶支座屈服强度的增大，隔震桥的纵、横向的梁体加速度都有显著的减小，而且可以观察到纵向的减小速率要远大于横向；随着屈服强度的增加，支座位移减小，这是因为随着屈服强度的增大，支座变得更加刚性，而使得支座的相对位移减小，从屈服强度与支座位移的关系图中可以看出，当屈服强度超过一定值时，支座位移会逐渐增加。因此，对于隔震周期比较小的LRB隔震桥，存在一个最优的屈服强度值，在最优的屈服强度值时，梁体加速度和墩底内力都最小。

表2 不同铅芯橡胶支座硬化比的隔震桥峰值响应

图2 硬化比与最大墩底纵、横向剪力关系图

表3 不同铅芯橡胶屈服强度比的隔震桥峰值响应

[1]陈水生，万益春，野田尚昭.隔震桥地震响应非线性分析[J].长安大学学报，2006.

[2]周亚栋.桥墩高度对铅芯橡胶支座减震效果影响研究[D].长安大学，2004，6.

[3]金建敏，谭平，等.铅芯橡胶支座微分型恢复力模型屈服前刚度的研究[J].广州大学学报，2008，2.

U441+.3

：A

：1673-0038（2015）05-0154-03

2015-1-16

罗列，男，硕士研究生，主要研究方向为桥梁振动与控制。