桥梁基础减隔震支座减震性能试验研究★

崔 海 军

(扬州工业职业技术学院，江苏 扬州 225127)

0 引言

桥梁位于交通的枢纽地位和咽喉地段，是生命线的重要组成部分，发生地震损伤具有严重的后果。采用隔震技术可以有效减小桥梁结构的地震反应[1]。结构的本质是将结构与可能引起破坏的地面运动分离开[2]，在上部结构和下部支撑之间设置隔震耗能装置[3-5]。房屋建筑工程中，基础隔震技术已经获得认可并在实际工程得到大量使用[6]。桥梁减隔震技术发展相对较晚，减隔震支座一般设置在桥墩(台)顶面。借鉴房屋建筑基础隔震系统，在桥梁地基与基础之间设计“一种用于桥梁基础的减隔震支座”，以达到合适、高效和经济的桥梁基础减隔震效果。

1 桥梁基础减隔震支座设计

基础减隔震技术可以有效隔断地层的地震作用，减小对桥梁上部结构的地震作用，借鉴房屋建筑基础隔震系统，在桥梁地基与基础之间设计桥梁基础减隔震支座，设计构造示意图如图1所示。

支座设计整体构造见图2，其中支座与桥墩底部连接构造见图3。

支座包括支撑环和同轴设置在支撑环内部的内环，内环与支撑环之间的圆周方向上间隔分布有减震盘和安装槽，其中，减震盘中开设有减震槽，减震槽中分布有消能筒，在减震槽上方设置盖板；安装槽的两端分别固结支撑环和内环，安装槽中设置第一阻尼器；在桥梁基础上间隔分布有支撑柱和减震杆，其中支撑柱的下端设置有推块，推块装配于安装槽中，并与第一阻尼器相连接，第一阻尼器两侧设置溃缩盒，溃缩盒一端支撑在支撑环上，另一端与推块连接，溃缩盒填充有橡胶，起到吸能作用，当横向水平力较大时，溃缩盒发生形变，在此过程中可吸收大量冲击能量。在盖板上设置有第一支撑盘和第二支撑盘，支撑柱的下端固定在第一支撑盘上，第二支撑盘安装第二阻尼器，第二阻尼器与支撑柱的中部连接。盖板的边缘与减震盘的边缘通过固定片连接。

这样，减隔震支座设置于桥梁基础位置，配合传统的桥墩顶部减震结构，可以为桥梁提供更好的抗震保护，适用于抗震要求较高的桥梁工程项目中；同时，设计的基础减隔震新型支座，可以辅助减小地震水平作用力和竖向荷载对桥墩的影响，使桥梁的抗震效果更好，可用于不同类型的桥墩基础上。

2 多点激励地震动模型

多点地震激励输入模型通常有两种输入模型，一种是多点激励位移输入模型，一种是多点激励加速度输入模型。位移输入模型对于线性结构和非线性结构的一致激励和多点激励均适用，而加速度输入模型适用于线性结构的一致激励和多点激励，因此位移输入模型是地震激励输入更加普适的方法[7]。

3 桥梁基础减隔震支座试验

桥梁基础减隔震支座试验需要测定支座的竖向刚度，试验场地布置如图4所示。

支座的竖向力加载由两个竖向为1 000 kN的作动器施加，加载的两个竖向作动器下部采用横梁相连接，横梁端部通过转换头与上连接板相连接。两竖向作动器上部固定于反力梁，同时与地面相锚固。对于水平作动器，按照理论计算，承载力选取为700 kN。试验过程中，为了避免支座底板发生平动位移，将支座用螺栓连接固定于连接板上，同时，这样也便于定位。下连接板与地面之间也采用螺栓固定。试验支座数量为6个，并对支座进行编号①～⑥，以便于在试验时区分各支座。具体加载制度过程如表1所示。

表1 支座试验加载参数汇总表

试验内容支座编号试验变量竖向力/kN水平位移加载速度/mm·s-1竖向刚度试验①②③—700—水平加载试验①②③④⑤⑥加载速度竖向力4201.05402.06604.0

3.1 支座竖向承载力试验结果

桥梁基础减隔震支座按照竖向加载制度作用下进行加载，其压缩变形试验结果如表2所示。

表2 支座竖向压缩变形汇总表

设计的桥梁基础减隔震支座按照竖向加载制度作用下进行加载，通过试验可以观察到，支座在三次竖向加载试验过程中，支座的外观表现正常，没有出现失稳现象，同时表2的试验数据表明桥梁基础减隔震支座在承受竖向单向轴力的作用下，支座的竖向抗压刚度基本为恒定数值，而且在竖向加载全部完成后支座的残余变形仅有0.6 mm左右。

3.2 地震水平承载力试验结果

桥梁基础减隔震支座在轴力420 kN,540 kN,660 kN下，分别以加载速度为1.0 mm/s,2.0 mm/s,4.0 mm/s进行水平加载，据此可以绘制相应的滞回曲线。如轴力420 kN下，加载速度为2.0 mm/s时滞回曲线如图5所示。

从桥梁基础减隔震支座的滞回曲线可以看出，其形状基本接近平行四边形，形状比较饱满，说明桥梁基础减隔震支座具有良好的耗能能力，能够发挥消能减震作用；同时说明加载的过程中支座与底板的摩擦力基本保持不变；另外桥梁基础减隔震支座具有一定的初始刚度，有利于桥梁结构在正常使用过程中抵抗结构的水平荷载。

4 结语

1)支座的外观表现正常，同时表2的试验数据表明桥梁基础减隔震支座在承受竖向单向轴力的作用下，支座的竖向抗压刚度基本为恒定数值，没有出现失稳现象。

2)桥梁基础减隔震支座具有良好的耗能能力，能够发挥消能减震作用。

3)桥梁基础减隔震支座具有一定的初始刚度，有利于桥梁结构在正常使用过程中抵抗结构的水平荷载。