关于山区桥梁地震损伤评价

刘春峰

(江西省交通职业技术学院)

0 引 言

目前，通过在桥梁工程结构的特定部位加入减震隔震系统，改变接头的动力反应和动力特性，来共同抵御外界的荷载作用，使工程在地震下的速度、位移、加速度等各项指标得到安全有效的控制，保证震区桥梁安全结构的安全性减震措施在桥梁施工中日益常见。这种主动的抗震对策，以板式橡胶支座和铅芯橡胶支座减震系统最为典型。

1 板式橡胶支座和铅芯橡胶支座简介

我国西部地势地形地貌复杂，山区桥梁受其制约，在强地震带的作用下，采用的都是桥墩相差较大的底座支撑，桥梁的状态呈现出不规则的形态。传统的抗震方法，是通过桥梁结构自身抗压和抗变形的强度来达到减震的目的，但是通过结构自身来消耗地震能力的方式，不仅花费巨大，而且会给工程本身造成伤害。板式橡胶支座和铅芯橡胶支座造价较为合理，并能够很好地起到防震减震的作用，在桥梁的施工建设中使用频度越来越高。

1.1 板式橡胶支座

橡胶支座是连接桥梁上下部结构的重要构件。板式橡胶支座在使用的过程中具有很好的弹性，不仅能够保证梁体剪切变形后的水平移位，也能适应梁体受压缩后的竖向转动。在适当的竖向刚度下，保证支座本身的形状，增强了支座的耐磨型。由于其结构简单，造价低廉，在使用的过程中，固定支座和活动支座的水平纵向移位由支座分担，承压度较为分散。一般来讲，当标准的跨径范围在20 m 以内时，均可采用板式橡胶支座。震区桥梁采用的是直接搁置在梁底的板式橡胶支座，在地震发生时，桥体的桥墩和主梁极易发生滑移的情况，从而发生纵向移动和横向移动甚至引起梁落的现象。

1.2 铅芯橡胶支座简介

铅芯橡胶支座是在普通叠层橡胶支座的中心插入铅芯，通过橡胶来沟通桥梁的上下部，承担桥梁的重量，利用铅芯在震中的弹性塑料性能来消散地震的能力，使地震在下部的结构中的震力得到均匀的分配，具有较好的回滞性和较低的屈服力。

2 工程概况

该桥位于瑞丽－－龙陵高速公路上，全桥共八联，3 孔1联，孔跨的布置为12 ×40.5 m，分左右两幅布置。桥址所处的地形复杂，因构活动动发生周期短，次数多，地震活动频繁。桥梁的上部采用的数预应力混凝土连续T 梁，下部位Y型墩，两岸均采用桩柱式桥台，桥基为桩基。

3 计算模型

为了对板式橡胶支架和铅芯橡胶支架的抗震能力进行对比，本文依靠相关软件建立动力模型，对橡橡胶支架与铅芯橡胶支架进行支座参数、桩土效应、土弹簧参数等方面的计算和分析。

3.1 地震波的输入

分析两种支座的有限元动力模型之前，应当事先分析其动力特性。在此基础上，分析并计算E1与E2两种水准地震的作用下。两种桥梁支座的墩底的内力、梁端的位移与桩的内力等数据。地震参数如表1 所示。

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3.2 支座模拟与支座参数

在支座参数的模拟中，因跨孔中支座为固定的支座，因此需要约束横竖桥向的位移。板式橡胶支座参数的设计中，采用GYZF4、GYZ、GYZ 三个支座型号的板式橡胶支座进行考察，其竖向刚度分别维持1 300 000，2 100 000，1 600 000 kN·m－1，将其水平刚度维持在2 240，3 492，2 655 kN·m－1。

同样选取三个铅芯橡胶支座进行竖向刚度，水平有效刚度，水平弹性刚度、屈服强度、屈服前后刚度的比例评估。经测试后，将其数据演示如下，三个铅芯橡胶支架的竖向刚度分别为:642 000，852 000，963 000 kN·m－1，水平有效刚度为2 080，2 810，3 120 kN·m－1，水平弹性刚度分别为5 060，6 830，7 590 kN·m－1，屈服强度为102，193，229，屈服前后的强度比维持在均0.29。

3.3 桩土效应

本文采用四个不同自由度的弹簧来模拟桩土效应，我国采用的是“m”法计算桩土弹簧的刚度，通过对土地地基系数的确定，验算出各个桩顶的土弹簧刚度。在图2 中，能够考察出不同桩号的土弹簧不同方向上的刚度。SDX，SDY为水平向上土弹簧刚度，SDZ为竖向土弹簧刚度，SDX，SRy为水平转向上的土弹簧刚度，SRZ为绕竖向的土弹簧刚度。土弹簧的参数如表2 所示。

桩号 SDX SDY SDZ SDX SRy SR Z 1，2，6 2.78E+07 2.78E+07 2.783+06 2.37E+07 2.37E+07 4.74E+07 3，5 2.78E+07 2.78E+07 2.31E+06 2.37E+07 2.37E+07 4.74E+07 4，9，10 3.42E+07 3.42E+07 2.77E+06 2.36E+07 3.36E+07 6.73E+07 7，8，11 3.42E+07 3.42E+07 2.95E+06 2.36E+07 3.36E +07 6.73E+07

3.4 动力特性分析

桥梁的动力特性受到结构质量、边界条件、刚度等条件的影响，是桥梁结构的固有特性。研究桥梁结构的基础就应对桥梁结构的动力特性进行细致的分析，计算其结构振性及周期模型。在有无隔震的工况条件下，对振型的阶数和地震周期的长短进行动态的分析，井数据结果显示。振型阶数的不同导致地震周期长短的不断，其变化的趋向是，桥梁的动力特性随着隔震和振型阶数的上升振动的周期和幅度上升。

4 两种支架的计算结果

根据地震时程荷载的工程状况，得到两种支架下墩底弯矩、墩底剪力、桩顶弯矩、桩顶剪力、梁端位移的初步计算结果，并得出两种支架下桥梁的减震隔震效果分析。

在E1与E2两个工况下采用的板式橡胶和铅芯橡胶支座的墩底弯矩和桩顶弯矩，通过计算分析，呈现波浪形的发展趋势。顺桥向+竖向的工况中，铅芯支架墩底弯矩的变化范围在－6 000～6 000 kN·m 之间，桩顶弯矩的变化范围在－15 000～1 500 kN·m 之间.板式橡胶之间的墩底弯矩变化范围在－120 000～120 000 kN·m 之间，桩顶弯矩变化范围在－35 000～35 000 kN·m 之间。在横桥向+竖向的工况中，铅芯橡胶支架墩底弯矩的变化范围在－8 000～8 000 kN·m 之间，铅芯橡胶支架桩顶弯矩的变化范围在－20 000～20 000 kN·m 之间，板式橡胶之间的墩底弯矩变化范围在－140 000～140 000 kN·m 之间，板式橡胶之间的桩顶弯矩变化范围在－ 25 000～25 000 kN·m。由此可见，铅芯橡胶支架弯矩变化范围更小，稳定性更好，抗震能力更好。

顺桥向+竖向的工况中，铅芯支架墩底剪力的变化范围在－ 2 000～2 000 kN 之间，桩顶剪力的变化范围在－20～20 kN 之间。板式橡胶之间的墩底剪力的变化范围在－70 000～60 000 kN·m 之间，桩顶剪力的变化范围在－200～200 kN 之间。在横桥向+竖向的工况中，铅芯橡胶支架墩底剪力的变化范围在－3 000～2 000 kN 之间，桩顶剪力的变化范围在－10～10 kN 之间，板式橡胶之间的墩底剪力的变化范围在－70 000～70 000 kN 之间，桩顶剪力的变化范围在－250～250 kN 之间。由此可见，铅芯橡胶支架剪力变化范围更小，稳定性更好，抗震能力更好。

在两种工况下，通过数据分析科室，板式橡胶支架比铅芯橡胶支架产生的位移大，板式橡胶指教的变化范围在－200～200 mm之间，铅芯橡胶支架的变化范围在－10～10 mm之间，变化的幅度较小，抗震能力更好。

5 结 论

通过分析震区桥墩在受损伤的条件下板式橡胶支架和铅芯橡胶支架的抗震性能。测试得到两种支架下墩底弯矩、墩底剪力、桩顶弯矩、桩顶剪力、梁端位移的初步计算结果，分析两种支架下桥梁的减震隔震效果。在翔实的数据分析下，得出板式橡胶支架桥梁的优势在于能够在震后保留较大位置的墩梁残留位移。因此，在使用中，为了使板式桥梁发挥更好的作用，应当限制墩梁的过大位移，并且采取相关的所示降低其残留的位置。在使用铅芯橡胶支座时，它能够最大限度的是桥墩墩底的建立，弯矩保持平衡，使整个桥面的受力更为均匀。对于受损的震区和灾区而言，更有利于发挥交通应急功能。

［1］范立础，王志强.我国桥梁隔震技术的应用［J］.振动工程学报，2011，4(8):56－60.

［2］中交公路规划设计院.公路桥涵设计通用规范［M］.北京:人民交通出版社，2011:124－127.

［3］庄军生.关于桥梁减隔震支座的若干问题［J］.预应力技术学报，2010，7(13):56－58.