摩擦擺支座在某連續(xù)梁橋抗震設(shè)計中的應(yīng)用

孫 洪 亮

(太原市市政工程設(shè)計研究院，山西 太原 030002)

摩擦擺支座在某連續(xù)梁橋抗震設(shè)計中的應(yīng)用

孫 洪 亮

(太原市市政工程設(shè)計研究院，山西 太原 030002)

以處于高烈度地震區(qū)域的某連續(xù)梁橋的抗震設(shè)計為工程實例，應(yīng)用摩擦擺減隔震支座對橋梁進(jìn)行了抗震設(shè)計，并利用有限元軟件建立了離散結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行動力特性分析，結(jié)果表明：應(yīng)用摩擦擺支座能夠有效減小地震力作用下墩頂位移及墩底彎矩，使結(jié)構(gòu)設(shè)計更易滿足抗震規(guī)范的要求。

摩擦擺式減隔震支座，連續(xù)梁橋，抗震設(shè)計

0 引言

摩擦擺支座具有造價低、施工簡單、承載能力高等優(yōu)點，除具有一般平面滑動隔震系統(tǒng)的特點外，還有良好的穩(wěn)定性、復(fù)位功能和抵抗平扭的能力。摩擦擺支座的隔震消能原理：

一是利用滑動面的設(shè)計以延長結(jié)構(gòu)的振動周期，大幅度地減小結(jié)構(gòu)在地震作用下引起的放大效應(yīng)；

二是通過摩擦擺支座的滑動面與滑動塊之間的摩擦以消耗地震動能量。

我國是個多地震國家，在8度及以上烈度地區(qū)的橋梁設(shè)計中，地震作用力成為了控制設(shè)計的關(guān)鍵因素，將摩擦擺支座應(yīng)用到高烈度地區(qū)的橋梁設(shè)計中成為一種可靠的解決方法。本文以某連續(xù)梁橋為例，對摩擦擺支座進(jìn)行參數(shù)設(shè)計，通過應(yīng)用摩擦擺式減隔震支座對連續(xù)梁橋進(jìn)行抗震設(shè)計，研究討論摩擦擺支座對橋梁的減隔震效果。

1 摩擦擺支座的恢復(fù)力模型

摩擦擺支座主要構(gòu)造包括：涂Teflon材料的滑動塊、不銹鋼材料的球形滑動面、與上部結(jié)構(gòu)連接的蓋板、限位滑動螺栓等，其構(gòu)造示意如圖1所示。限位滑動螺栓剪斷前，摩擦擺支座不發(fā)生滑動，隔震橋梁結(jié)構(gòu)與普通橋梁結(jié)構(gòu)相同；當(dāng)限位滑動螺栓被剪斷后，摩擦擺支座發(fā)生位移，上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生單擺運動。

地震中的摩擦擺減隔震支座的恢復(fù)力模型可簡化為圖2所示的雙線性滯回模型。隔震系統(tǒng)的周期和剛度由滑動面的曲率半徑來控制，阻尼由滑動摩擦系數(shù)來控制。

K0為限滑動螺栓剛度；Kfps為摩擦擺支座的擺動剛度，Kfps=W/R；Ki為初始剛度，Ki=μW/Dy+K0；μ為動摩擦系數(shù)；Dd為極限位移；Dy為屈服位移；W為豎向荷載。

(1)

其中，R為曲率半徑；T為摩擦擺系統(tǒng)的隔震周期。

2 有限元分析模型的建立

本文以處于高烈度地震地區(qū)的某城市連續(xù)梁橋抗震設(shè)計為工程實例，橋梁橫斷面圖見圖3。橋梁總長383.136 m，總寬18.5 m，橋跨布置為[3×20+3×20+(20+2×25+20)+2×20+2×20+2×20+(16.568+20+16.568)]m。全橋抗震最不利聯(lián)跨位于第三聯(lián)(20+2×25+20)，其中7號～9號墩右偏角度為67.35°。該橋場地抗震設(shè)防烈度：8度，基本地震加速度：0.20g，地震分組：第一組。20 m之上的場地土類型為中軟土，20 m之下的場地土類型為中硬土，場地類別：Ⅲ類，抗震設(shè)防類別：B類。為了準(zhǔn)確分析結(jié)構(gòu)的地震力響應(yīng)，有限元計算模型考慮了樁土共同作用的影響，有限元模型見圖4。

時程反應(yīng)分析輸入了3條地震波，圖5、圖6是兩條依據(jù)規(guī)范反應(yīng)譜人工合成的地震波，圖7是幅值調(diào)整后的天津市強(qiáng)震記錄地震波。

摩擦擺支座的主要設(shè)計參數(shù)，列于表1。

表1 摩擦擺支座主要設(shè)計參數(shù)

橋墩編號WRFyKfps737452．51871498835022．51751401937502．51881500

3 摩擦擺減隔震支座減隔震效果分析

表2為制動墩(8號)順橋向的摩擦擺支座隔震效果數(shù)據(jù)。表3為各橋墩橫橋向的摩擦擺支座隔震效果數(shù)據(jù)。

隔震率=(普通支座效應(yīng)-減隔震支座效應(yīng))/普通支座效應(yīng)×100%。

表2 順橋向隔震效果(8號墩)

表3 橫橋向隔震效果

第1條波作用下，隔震前后8號墩的部分時程曲線如圖8～圖11所示。

由表2及圖8、圖9可以看出，該橋設(shè)計的摩擦擺支座隔震方案能有效地減小制動墩(8號)的順橋向墩底彎矩及墩頂位移，3條地震波下的隔震率具有一定的離散性，在82%～92%之間變化，隔震效果顯著。

由表3及圖10、圖11可以看出，該橋設(shè)計的摩擦擺支座隔震方案能在一定程度減小次邊墩(7號、9號)和中墩(8號)的橫橋向墩底彎矩及墩頂位移。3條地震波下的隔震率有一定的離散性，在37%～88%之間變化。

4 結(jié)語

本文對連續(xù)梁橋摩擦擺支座的減隔震效果進(jìn)行了分析研究，可以得到以下幾條：

1)輸入的三條地震波作用下摩擦擺支座的隔震效果具有一定的離散性。

2)該橋設(shè)計的摩擦擺支座隔震方案可以有效地減小墩底彎矩及墩頂位移。

3)為了減小中、小地震對橋梁結(jié)構(gòu)的影響，摩擦擺支座的限位滑動螺栓在E1水準(zhǔn)強(qiáng)度地震下不被剪斷。超過E1水準(zhǔn)強(qiáng)度地震時剪斷限位滑動螺栓，通過減隔震支座來保護(hù)橋梁，同時設(shè)置防落梁措施。

[1] CJJ 166—2011，城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JTG/T B02—01—2008，公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則[S].

[3] 彭天波,李建中,范立礎(chǔ).雙曲面球型減隔震支座的開發(fā)及應(yīng)用[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報，2007(5)：40-41.

[4] 郭俊偉.摩擦擺減隔震支座在高烈度區(qū)高架橋的減震效果分析[J].城市道橋與防洪，2013(4)：19-21.

[5] 姚 磊.摩擦擺球型減隔震支座在城市橋梁抗震設(shè)計中的應(yīng)用[J].橋隧工程，2013(12)：7-8.

Application of friction pendulum bearing in seismic design of a continuous beam bridge

Sun Hongliang

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Taiyuan030002,China)

In this paper, the seismic design of a continuous beam bridge in high seismic intensity area is an engineering example. The seismic design of the bridge is carried out by using the friction pendulum isolation bearing. The finite element software is used to analyze the dynamic characteristics of the bridge. The analysis shows that the application of friction pendulum bearing can effectively reduce the displacement of pier top and bottom moment, and make the structure design more easy to meet the requirements of seismic code.

friction pendulum isolation bearing， continuous girder bridge， seismic design

1009-6825(2015)30-0167-03

2015-08-19

孫洪亮(1980- )，男，工程師

U441.3

A