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]。就橋梁而言，它是震后救援工作中的一個重要環節,在緊急救援,物質運輸和災后進行重建這幾方面都扮演著極其重要的角色。如何保證橋梁在震后仍能良好工作,這對相關的研究人員和建造者來說就是一份嚴峻的考驗。

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。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。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]。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。

二、橋梁支座的破壞機理及原因探究

支座在橋梁抗震中是很脆弱的一個地方,支座的失效在地震中都是較為普遍的。而支座失效的形式主要表現有:(1)支座本身構造上的破壞；(2)支座錨固螺栓撥出剪斷；(3)活動支座脫落。

由于地震作用而導致的梁體以為一旦超過支座的所能支撐的范圍,支座就無法發揮其作用。而一旦支座無法支撐上部的梁體，就會導致其滑脫，甚至是脫離整個結構而掉落。一旦梁體在掉落過程中碰到墩柱，則會導致一系列的破壞，后果十分嚴重。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]。

三、關于支座抗震機理的研究

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[11-13]。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。

四、關于抗震支座選用的研究

目前能起到的減震和隔震作用的支座大概可以分為：通過消耗地震破壞力的作用，當地震到來時，通過這些裝置來緩減一定程度的地震力的作用，從而能夠達到使橋梁的主體結構更加穩定的目的，減少損失。另一種是在延長結構被破壞的同時，采用必要的抗震裝置來消耗地震的能量，比較典型的代表是：擺式滑動摩擦支座，鉛銷橡膠隔震支座。

鉛銷橡膠支座是在一般的橡膠支座中加入分量合適的鉛銷而成，由于其抗震性能強而被大力推崇。通過研究對含銷量不同的支座進行研究可以看出：鉛銷橡膠支座的剛度，阻尼比和水平抵抗地震力的大小等根本參量與支座本身的結構構造和支座材料的選定有關系。在雙向水平荷載作用下支座也能有較為穩定的表現。在斜拉橋的主梁與橋塔的連接處采用鉛銷橡膠支座和阻尼器粘連在一起，用雙線性模型和阻尼模型進行分析能夠使橋梁有效的消耗地震能量，使橋梁主體更加健康的運行。當增加橋梁的橋面剛度和基礎的剛度時，能夠在一定程度上提高地震發生時橋墩的穩固度，而且在一些地質條件比較好的地方，應用鉛銷橡膠支座能更加有力的消耗地震能量。擺式滑動摩擦支座的隔震抗震效果明顯，自身能夠回到原位。通過對擺式滑動支座的柱墩高度、剪切變量、斜交角度等基本參數研究表明：擺式滑動支座比鉛銷橡膠支座具有更好的抗震性能。

五、結論

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。根據地質條件和地震烈度，當選擇好橋梁的跨徑，墩臺的樣式以橋梁整體的受力方案后，對支座的選擇也是至關重要的。選擇合適的支座會減少支座與墩頂、梁底部的相對滑動，更好的起到抗震作用。