多跨连续梁桥横向减隔震分析

张海鹏

摘要：经济的发展，城镇化进程的加快，促进交通建设项目的增多。桥梁是公共基础设施中非常重要的一环，而且它也是抗震救灾过程中的非常重要的部分。尤其是这些年来，伴随着我国公共基础设施建设事业的快速发展，桥梁的建设数量越来越多，而跨度也越来越大。当桥梁由于地震等原因发生破坏或者倾覆而不能正常使用时，那么我们的交通设施就无法使用，将会导致救援工作无法顺利进行。地震在我国发生的次数比较多，对桥梁应用合理有效的减隔震抗震措施，确保桥梁结构在地震中的安全以及正常使用功能，这对防震减灾、地震救援以及重建工作有非常重要的意义。本文就多跨连续梁桥横向减隔震展开探讨。

关键词：多跨连续梁;减隔震;橡胶支座;布置方式;抗震性能

引言

隔震装置是指在多跨连续梁的上部结构和下部结构之间安装一种可以隔离地震作用传播的元件，从而能够有效减小地震力的输入。减震装置一般是指通过安装耗能装置或各种阻尼器，当发生强烈地震时，装置能够大量耗散由地震引起的能量，增大结构在地震作用下的耗能能力，从而减小结构受到地震作用。减隔震装置可以有效防止桥梁结构在地震作用下出现过大的动力响应，提高结构抵御地震破坏的能力。

1地震危害

对于同一震级的地震来说，震源深度越浅，震中距离越短，地震烈度越大，地震造成的破坏也越大。地震灾害按照诱因可分为直接灾害和次生灾害两类。地震直接灾害是指由地震的原生现象，如地震断层错动，大范围地面倾斜、升降和变形，以及地震波引起的地面震动等所造成的直接后果。包括：（1）建筑物破坏或倒塌;（2）地面破坏，如喷水冒砂、地裂缝、地基沉陷等;（3）山体破坏，如泥石流、山崩、滑坡等;（4）水体的振荡，如海啸、湖震等;（5）其他如地光烧伤人畜等。直接灾害是造成震后人员伤亡、生命线工程毁坏、社会经济受损等灾害后果最直接、最重要的原因。地震灾害打破了自然界原有的平衡状态或社会正常秩序从而导致的灾害，称为地震次生灾害。如地震引起的房屋倒塌火源失控造成的火灾、水库、江湖决堤造成的水灾，有毒容器破坏后毒气、毒液或放射性物质等泄漏造成的灾害等。

2桥梁震害特征

从工程角度来看，不同的桥梁结构形式、构造以及所处场地的地震动特性，造成桥梁结构的破坏性质和程度不同，但在地震中大多数桥梁的破坏机理和类型是重复出现的。地震对桥梁工程的震害，总结为以下四种：（1）部结构的震害;（2）支座的震害，（3）下部结构的震害;（4）基础的震害。桥梁上部结构因地震直接破坏的情形不多，而位移震害较为常见。当桥梁与墩台的相对位移过大，支座丧失约束力引起落梁震害，主要表现为纵桥向位移、横桥向位移以及扭转位移。桥梁支座的主要作用有：（1）传递上部结构的支撑反力，包括恒载和活载引起的竖向力和水平力。（2）保证桥梁结构在活载、温度变化、混凝土收缩徐变下等因素作用下能自由变形，使得上下部结构的实际受力状态符合结构静力图式。在地震中，如果支座遭到破坏，桥梁结构就会丧失整体性，导致传力路径的改变，上部结构可能产生较大的位移震害，进而导致落梁。支座一般分为固定支座和活动支座，固定支座的破坏主要表现为强度的破坏，活动支座的破坏主要表现为墩梁相对位移超出了活动支座的承受范围而引起的破坏。桥墩是支撑上部结构的主要构件，地震中，如果桥墩发生破坏，上部结构往往难以幸免。铁路桥梁和公路桥梁普遍采用钢筋混凝土桥墩，钢筋混凝土桥墩的破坏机理分为两种，第一，弯曲破坏;结构在水平地震荷载作用下，由于过大的弯曲变形导致混凝土保护层脱落，结构内部的混凝土压碎、断裂，结构失去承载能力。第二，剪切破坏。剪切破坏往往是脆性破坏，当结构受到的水平地震力大于截面剪切强度的时，结构形式急剧改变，承载能力断崖式下降，极有可能发生结构垮塌。对于长联大跨连续梁桥，由于只设置一个固定墩，地震力主要集中在固定墩上，在地震作用下，固定墩受到较大考验，墩身容易出现较大的裂缝，局部混凝土压碎，桥墩侧面位移，直至桥墩剪切破坏。基础的破坏是桥梁地震震害中较为常见的现象，地基的失效引起桥墩基础失效，从而导致桥梁传力路径发生变化。与公路桥梁相比，铁路桥梁具有荷载大、刚度要求高等特点，而长联大跨连续梁桥因为一联长度较长且纵向只设置一个固定支座，这样地震力将集中作用在固定墩上，从而使得固定墩承受较大地震荷载，墩身设计相对困难。传统的抗震设计主要是通过提高结构的强度、刚度和延性，达到人们期望的抗震设防目标，然而对于随机性很强、发生概率很小的强震作用，只能采用“硬抗”的设计方法，这种设计方法显得非常被动。传统的抗震方法在经济性与安全性之间面临着很大的矛盾。

3多跨连续梁桥横向减隔震分析

3.1铅芯橡胶支座减隔震基本原理

铅芯橡胶支座是通过将橡胶层和单层薄钢板分层叠加，然后硫化制成普通橡胶支座。同时，为了增大支座在地震晃动中的耗能能力，在橡胶支座的中间灌入铅芯，使两者融为一体，利用铅芯的屈服变形来提高支座的抗震性能。承受竖向荷载时，由于薄钢板能够约束橡胶层变形，铅芯橡胶支座具有良好的竖向承载能力，竖向变形也很小。当支座承受由过大的地震加速度带来的水平力时，支座中的圆柱形铅芯开始屈服，产生塑性变形，形成滞回环，并且通过周围的橡胶层为铅芯提供水平恢复力，使支座具备良好的阻尼性能。影响铅芯橡胶支座主要技术性能的参数有：铅芯屈服强度Qd、支座屈服前刚度K1以及支座屈服后刚度K2。这3个参数对桥梁结构在地震作用下的动力响应影响很大。因此，依照现有桥梁结构模型，分析选择合适的支座参数非常必要。

3.2地震波的选用

当无法获得拟建桥梁结构的桥址处或相邻位置处的实际地震波加速度时程的情形下，常常需要根据场地土类别及其它的具体环境状况，对工程场地进行安全性评价，来得到地震波的主要设计参数。工程实际中，主要通过对工程场地的安全性评价得到这些设计参数。

3.3铅芯橡胶支座的参数

铅芯橡胶支座主要有3個设计参数：屈服强度、初始刚度、屈服后刚度。这3个参数彼此相互关联，取它们的控制性参量铅芯直径D及硬化比（屈服后刚度与屈服前刚度之比）进行减隔震分析。随着现代科学技术的提高，阻尼器设计参数的调节范围很广，为将其应用于各类工程奠定了坚实基础。

4结语

我国处于地震带的包围中，近年来灾害频发，使我国人民遭受了巨大的生命财产损失。桥梁结构作为交通运输的生命线工程，如果地震中破坏倒塌将加重次生灾害的程度，因此，桥梁工程，尤其是高速公路段上的车流大、运输密集的桥梁结构，应高度重视其抗震减灾工作，确保其在地震下的安全性。

参考文献：

[1]李国强，李杰，苏小卒.建筑结构抗震设计（第1版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2018.

[2]张培君，胡世德.连续梁桥桥墩横向地震力简化计算方法探讨[J].结构工程师，2018，21（4）：17-22.

（作者单位：中铁九局集团有限公司）