關于提高橋梁支座抗震性能的研究

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400041)

一、引言

在全部的自然災害中地震的破壞力無疑是最大的，國內外地震工作人員一直很看重對橋梁震害的研究[1-3]。當地震到來時，橋梁的支座破壞是殺傷力極大的，經過大量事實表明支座在抗震上的表現是橋梁整體結構中比較差的。基礎由于地震的作用太大而破壞，橋梁的上部結構和下部結構由于涉及的缺陷和施工時的不嚴謹再加上地震的強力作用會出現不可預知的損害。支座的震害主要表現為：支座的歪斜、由于剪切力過大被剪斷，錨固的螺栓因過大的地震力被連根拔出，軸支座滾動脫落、活動支座滾出及支座本身由于材料的選用問題致使被破壞[4]。在設計過程中沒有顧及抗震的要求，在施工過程中墩臺與支座之間連接件的選用比較隨意，這些因素會導致橋梁支座的動能失效。在一定程度上減少地震力的作用從而使橋梁長時間的使用，使對橋梁的主體結構損害及對交通正常運行的損害降到最小，這是對橋梁支座進行抗震的目的。

當前，減震和隔震技術在許多交通基礎設施以及一些建筑結構中有著廣泛的應用，使結構更為安全可靠，延長了結構的使用壽命，帶來了不小的經濟效益。不少研究者說到，雖然對支座進行抗震處理對橋梁設計和施工過程中產生的費用要求很高，但是，經過處理后的支座更牢固會延長再次修復的時間，從而大大降低橋梁后期的費用[5]。運用減震和隔震支座在支座周圍及墩臺處加裝能夠提高阻尼的裝置，減少地震的破壞力，從而使橋梁的主體結構的破壞降到最小。大量的研究人員指出支座與墩臺的連接方式的好壞會對地震破壞力減弱的多少有一定關系。當在梁體與墩臺的連接處進行抗震處理時可以大大減小墩臺及整體結構所受的地震荷載作用。作為經過多次成功試驗且正在大量使用的技術，支座的減震和隔震技術正被視作地震界最為重要的科研成果，而被人們極力推崇。我國交通事業發展的越來越快，大量正在使用的橋梁已經不能滿足抗震的要求，研究支座的抗震性能，改善整體結構的抗震能力是很有必要的。

二、橋梁支座的破壞機理及原因探究

在跨徑較大的橋梁中，橋梁上部結構發生的橫向變形會較大，特別是地震荷載作用時，盡量減少橫向位移的發生，是研究支座的關鍵之處。在連續梁橋中橡膠支座的運用還是最為廣泛，主要形式有：主要類型有：板式橡膠支座、盆式橡膠支座、球型橡膠支座、鉛芯板式橡膠支座等[6-7]。在這些橡膠支座里面尤其以板式橡膠支座運用的最多，它的特點很獨特，比如說構造簡單，制作起來非常迅速，利于工人們的安裝與維護，而且實際使用費用較低[8]。但是，在實際情況中，板式支座也存在較大的缺陷與不足，使用了較長時間的板式橡膠支座會出現裂紋、外鼓和壓壞等現象[9]。出現這些現象的原因主要是跟支座材料的屬性有關，一些廠家運用了一些回收過的低劣的橡膠來制造支座，致使支座的質量減少很多。而橋梁的整體結構對支座抵抗橫向剪切變形的能力有較高的要求，因此，在橋梁運營期間會導致支座抗剪切能力不滿足設計值的要求。提高支座的抗剪切能力會減少支座大面積的位移及破壞，從而減少因支座破壞帶來的不必要的損失，必定會提高經濟效益和良好的社會效益。

三、關于支座抗震機理的研究

隨著經濟的增長和科學技術的發展，提高橋梁的抗震能力得到了越來越多的研究者的關注。當橋梁受到地震荷載時，地震荷載通過墩臺傳遞給支座，然后到上部結構，上部支座的慣性力又通過支座傳遞給下部支座。在強震的作用，活動支座會產生滑動。因此，水平地震力主要由固定支座承受，會導致固定支座端，梁與支座的連接裝置等構件很容易發生損壞，尤其是當固定支座的限位裝置失去作用時支座與梁體的相對位移很難控制，會影響整個橋梁的安全性能，直接使交通運行受阻[10]。目前,國內外標準在計算支座地震力時運用的是靜力法,其缺乏的地方主要有:l)沒有意識到上部梁體與橋墩的動力作用;2)沒有考慮梁在水平面內作橫向彎曲振動所導致的固端彎矩;3)沒有考慮豎向地震力的作用;4)在想到活動支座的摩擦影響時,用的比較多的是靜力分析的方法,沒有考慮到活動支座摩擦的動態情況。這些都會給橋梁的抗震設計帶來較大的誤差[11-14]。在原來的橋梁地震分析中，基本沒有意識到支座的滑動問題，大多只是應用了線性模型進行模擬，這與實際情況不相符合。通過雙向支座模型對支座滑動破壞及滑動時的動力性能進行分析可以知道，摩擦系數增大必將會引起滑動能力的顯著減小，橋墩的墩身剛度很大也會使支座與橋墩的墩頂和橋梁底部梁的接觸面更容易的發生相對滑動[15]。

四、結論

隨著我國交通事業發展步伐的加快，各種基礎設施也蓬勃發展起來，橋梁的安全性、穩固性得到了跟多的關注。由于地震的發生會影響人們正常生活的運轉且會造成不小的經濟損失，所以研究者目前持續關注著橋梁抗震的發展。在這其中，支座對橋梁抗震的影響是不可忽略的，采用隔震和減震技術會增強橋梁的穩固和安全性能，減少地震荷載對橋梁整體結構的損傷。當遇到地震荷載時固定支座和滑動支座能否共同受力，從而避免梁體從墩臺上滑落也是地震和橋梁專家關注的重點。