橋梁基礎減隔震支座減震性能試驗研究★

崔 海 軍

(揚州工業職業技術學院，江蘇 揚州 225127)

0 引言

橋梁位于交通的樞紐地位和咽喉地段，是生命線的重要組成部分，發生地震損傷具有嚴重的后果。采用隔震技術可以有效減小橋梁結構的地震反應[1]。結構的本質是將結構與可能引起破壞的地面運動分離開[2]，在上部結構和下部支撐之間設置隔震耗能裝置[3-5]。房屋建筑工程中，基礎隔震技術已經獲得認可并在實際工程得到大量使用[6]。橋梁減隔震技術發展相對較晚，減隔震支座一般設置在橋墩(臺)頂面。借鑒房屋建筑基礎隔震系統，在橋梁地基與基礎之間設計“一種用于橋梁基礎的減隔震支座”，以達到合適、高效和經濟的橋梁基礎減隔震效果。

1 橋梁基礎減隔震支座設計

基礎減隔震技術可以有效隔斷地層的地震作用，減小對橋梁上部結構的地震作用，借鑒房屋建筑基礎隔震系統，在橋梁地基與基礎之間設計橋梁基礎減隔震支座，設計構造示意圖如圖1所示。

支座設計整體構造見圖2，其中支座與橋墩底部連接構造見圖3。

支座包括支撐環和同軸設置在支撐環內部的內環，內環與支撐環之間的圓周方向上間隔分布有減震盤和安裝槽，其中，減震盤中開設有減震槽，減震槽中分布有消能筒，在減震槽上方設置蓋板；安裝槽的兩端分別固結支撐環和內環，安裝槽中設置第一阻尼器；在橋梁基礎上間隔分布有支撐柱和減震桿，其中支撐柱的下端設置有推塊，推塊裝配于安裝槽中，并與第一阻尼器相連接，第一阻尼器兩側設置潰縮盒，潰縮盒一端支撐在支撐環上，另一端與推塊連接，潰縮盒填充有橡膠，起到吸能作用，當橫向水平力較大時，潰縮盒發生形變，在此過程中可吸收大量沖擊能量。在蓋板上設置有第一支撐盤和第二支撐盤，支撐柱的下端固定在第一支撐盤上，第二支撐盤安裝第二阻尼器，第二阻尼器與支撐柱的中部連接。蓋板的邊緣與減震盤的邊緣通過固定片連接。

這樣，減隔震支座設置于橋梁基礎位置，配合傳統的橋墩頂部減震結構，可以為橋梁提供更好的抗震保護，適用于抗震要求較高的橋梁工程項目中；同時，設計的基礎減隔震新型支座，可以輔助減小地震水平作用力和豎向荷載對橋墩的影響，使橋梁的抗震效果更好，可用于不同類型的橋墩基礎上。

2 多點激勵地震動模型

多點地震激勵輸入模型通常有兩種輸入模型，一種是多點激勵位移輸入模型，一種是多點激勵加速度輸入模型。位移輸入模型對于線性結構和非線性結構的一致激勵和多點激勵均適用，而加速度輸入模型適用于線性結構的一致激勵和多點激勵，因此位移輸入模型是地震激勵輸入更加普適的方法[7]。

3 橋梁基礎減隔震支座試驗

橋梁基礎減隔震支座試驗需要測定支座的豎向剛度，試驗場地布置如圖4所示。

支座的豎向力加載由兩個豎向為1 000 kN的作動器施加，加載的兩個豎向作動器下部采用橫梁相連接，橫梁端部通過轉換頭與上連接板相連接。兩豎向作動器上部固定于反力梁，同時與地面相錨固。對于水平作動器，按照理論計算，承載力選取為700 kN。試驗過程中，為了避免支座底板發生平動位移，將支座用螺栓連接固定于連接板上，同時，這樣也便于定位。下連接板與地面之間也采用螺栓固定。試驗支座數量為6個，并對支座進行編號①～⑥，以便于在試驗時區分各支座。具體加載制度過程如表1所示。

表1 支座試驗加載參數匯總表

試驗內容支座編號試驗變量豎向力/kN水平位移加載速度/mm·s-1豎向剛度試驗①②③—700—水平加載試驗①②③④⑤⑥加載速度豎向力4201.05402.06604.0

3.1 支座豎向承載力試驗結果

橋梁基礎減隔震支座按照豎向加載制度作用下進行加載，其壓縮變形試驗結果如表2所示。

表2 支座豎向壓縮變形匯總表

設計的橋梁基礎減隔震支座按照豎向加載制度作用下進行加載，通過試驗可以觀察到，支座在三次豎向加載試驗過程中，支座的外觀表現正常，沒有出現失穩現象，同時表2的試驗數據表明橋梁基礎減隔震支座在承受豎向單向軸力的作用下，支座的豎向抗壓剛度基本為恒定數值，而且在豎向加載全部完成后支座的殘余變形僅有0.6 mm左右。

3.2 地震水平承載力試驗結果

橋梁基礎減隔震支座在軸力420 kN,540 kN,660 kN下，分別以加載速度為1.0 mm/s,2.0 mm/s,4.0 mm/s進行水平加載，據此可以繪制相應的滯回曲線。如軸力420 kN下，加載速度為2.0 mm/s時滯回曲線如圖5所示。

從橋梁基礎減隔震支座的滯回曲線可以看出，其形狀基本接近平行四邊形，形狀比較飽滿，說明橋梁基礎減隔震支座具有良好的耗能能力，能夠發揮消能減震作用；同時說明加載的過程中支座與底板的摩擦力基本保持不變；另外橋梁基礎減隔震支座具有一定的初始剛度，有利于橋梁結構在正常使用過程中抵抗結構的水平荷載。

4 結語

1)支座的外觀表現正常，同時表2的試驗數據表明橋梁基礎減隔震支座在承受豎向單向軸力的作用下，支座的豎向抗壓剛度基本為恒定數值，沒有出現失穩現象。

2)橋梁基礎減隔震支座具有良好的耗能能力，能夠發揮消能減震作用。

3)橋梁基礎減隔震支座具有一定的初始剛度，有利于橋梁結構在正常使用過程中抵抗結構的水平荷載。