关于提高桥梁支座抗震性能的研究

(重庆交通大学 土木工程学院　重庆　400041)

一、引言

在全部的自然灾害中地震的破坏力无疑是最大的，国内外地震工作人员一直很看重对桥梁震害的研究[1-3]。就桥梁而言，它是震后救援工作中的一个重要环节,在紧急救援,物质运输和灾后进行重建这几方面都扮演着极其重要的角色。如何保证桥梁在震后仍能良好工作,这对相关的研究人员和建造者来说就是一份严峻的考验。

当地震到来时，桥梁的支座破坏是杀伤力极大的，经过大量事实表明支座在抗震上的表现是桥梁整体结构中比较差的。支座的震害主要表现为：支座的歪斜、由于剪切力过大被剪断，锚固的螺栓因过大的地震力被连根拔出，轴支座滚动脱落、活动支座滚出及支座本身由于材料的选用问题致使被破坏[4]。在一定程度上减少地震力的作用从而使桥梁长时间的使用，使对桥梁的主体结构损害及对交通正常运行的损害降到最小，这是对桥梁支座进行抗震的目的。虽然对支座进行抗震处理对桥梁设计和施工过程中产生的费用要求很高，但是，经过处理后的支座更牢固会延长再次修复的时间，从而大大降低桥梁后期的费用[5]。作为经过多次成功试验且正在大量使用的技术，支座的减震和隔震技术正被视作地震界最为重要的科研成果，而被人们极力推崇。

二、桥梁支座的破坏机理及原因探究

支座在桥梁抗震中是很脆弱的一个地方,支座的失效在地震中都是较为普遍的。而支座失效的形式主要表现有:(1)支座本身构造上的破坏；(2)支座锚固螺栓拨出剪断；(3)活动支座脱落。

由于地震作用而导致的梁体以为一旦超过支座的所能支撑的范围,支座就无法发挥其作用。而一旦支座无法支撑上部的梁体，就会导致其滑脱，甚至是脱离整个结构而掉落。一旦梁体在掉落过程中碰到墩柱，则会导致一系列的破坏，后果十分严重。在跨径较大的桥梁中，桥梁上部结构发生的横向变形会较大，特别是地震荷载作用时，尽量减少横向位移的发生，是研究支座的关键之处。在连续梁桥中橡胶支座的运用还是最为广泛，主要形式有：主要类型有：板式橡胶支座、盆式橡胶支座、球型橡胶支座、铅芯板式橡胶支座等[6-7]。在这些橡胶支座里面尤其以板式橡胶支座运用的最多，它的特点很独特，比如说构造简单，制作起来非常迅速，利于工人们的安装与维护，而且实际使用费用较低[8]。但是，在实际情况中，板式支座也存在较大的缺陷与不足，使用了较长时间的板式橡胶支座会出现裂纹、外鼓和压坏等现象[9]。

三、关于支座抗震机理的研究

水平地震力主要由固定支座承受，会导致固定支座端，梁与支座的连接装置等构件很容易发生损坏，尤其是当固定支座的限位装置失去作用时支座与梁体的相对位移很难控制，会影响整个桥梁的安全性能，直接使交通运行受阻[10]。目前,国内外标准在计算支座地震力时运用的是静力法,其缺乏的地方主要有:l)没有意识到上部梁体与桥墩的动力作用;2)没有考虑梁在水平面内作横向弯曲振动所导致的固端弯矩;3)没有考虑竖向地震力的作用;4)在想到活动支座的摩擦影响时,用的比较多的是静力分析的方法,没有考虑到活动支座摩擦的动态情况。这些都会给桥梁的抗震设计带来较大的误差[11-13]。通过双向支座模型对支座滑动破坏及滑动时的动力性能进行分析可以知道，摩擦系数增大必将会引起滑动能力的显著减小，桥墩的墩身刚度很大也会使支座与桥墩的墩顶和桥梁底部梁的接触面更容易的发生相对滑动。

四、关于抗震支座选用的研究

目前能起到的减震和隔震作用的支座大概可以分为：通过消耗地震破坏力的作用，当地震到来时，通过这些装置来缓减一定程度的地震力的作用，从而能够达到使桥梁的主体结构更加稳定的目的，减少损失。另一种是在延长结构被破坏的同时，采用必要的抗震装置来消耗地震的能量，比较典型的代表是：摆式滑动摩擦支座，铅销橡胶隔震支座。

铅销橡胶支座是在一般的橡胶支座中加入分量合适的铅销而成，由于其抗震性能强而被大力推崇。通过研究对含销量不同的支座进行研究可以看出：铅销橡胶支座的刚度，阻尼比和水平抵抗地震力的大小等根本参量与支座本身的结构构造和支座材料的选定有关系。在双向水平荷载作用下支座也能有较为稳定的表现。在斜拉桥的主梁与桥塔的连接处采用铅销橡胶支座和阻尼器粘连在一起，用双线性模型和阻尼模型进行分析能够使桥梁有效的消耗地震能量，使桥梁主体更加健康的运行。当增加桥梁的桥面刚度和基础的刚度时，能够在一定程度上提高地震发生时桥墩的稳固度，而且在一些地质条件比较好的地方，应用铅销橡胶支座能更加有力的消耗地震能量。摆式滑动摩擦支座的隔震抗震效果明显，自身能够回到原位。通过对摆式滑动支座的柱墩高度、剪切变量、斜交角度等基本参数研究表明：摆式滑动支座比铅销橡胶支座具有更好的抗震性能。

五、结论

由于地震的发生会影响人们正常生活的运转且会造成不小的经济损失，所以研究者目前持续关注着桥梁抗震的发展。在这其中，支座对桥梁抗震的影响是不可忽略的，采用隔震和减震技术会增强桥梁的稳固和安全性能，减少地震荷载对桥梁整体结构的损伤。当遇到地震荷载时固定支座和滑动支座能否共同受力，从而避免梁体从墩台上滑落也是地震和桥梁专家关注的重点。根据地质条件和地震烈度，当选择好桥梁的跨径，墩台的样式以桥梁整体的受力方案后，对支座的选择也是至关重要的。选择合适的支座会减少支座与墩顶、梁底部的相对滑动，更好的起到抗震作用。