鉛芯橡膠支座在橋梁減隔震中的應用

孫文濤 李軻

摘? 要：隨著中國經濟建設和社會財富的快速發展，中國道路和橋梁的建設也隨之迅速發展，而橋梁的減隔震也越來越受到人們的重視。該文主要對鉛芯橡膠支座在橋梁減隔震中的應用進行分析研究，具體對當前的橋梁減隔震理論以及減震技術應用的意義進行闡述，對鉛芯橡膠支座進行了具體的分析，詳細闡述了鉛芯橡膠座在橋梁減隔震中的應用。

關鍵詞：鉛芯橡膠支座? 橋梁? 減隔震? 意義? 應用

中圖分類號：U442.5+5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2020）12（b）-0066-03

Abstract： With the rapid development of China's economic construction and social wealth， the construction of roads and bridges in China has also developed rapidly， and the shock absorption and isolation of bridges have been paid more and more attention. In this paper， the application of lead-rubber bearing in bridge seismic isolation is studied， the current theory of bridge seismic isolation and the significance of the application of seismic isolation technology are elaborated， and the concrete analysis of lead-rubber bearing is carried out the application of lead rubber bearing in bridge seismic isolation is described in detail.

Key Words： Lead-core rubber stand; Bridges; Shock absorber; Meaning; Application

近年來，隨著我國基礎設施建設的加快，區域的道路建設得到改善，橋梁工程的建設速度逐漸增加，橋梁在經濟建設和交通中的作用變得越來越重要，人們也越來越依賴橋梁和道路，因此保證橋梁道路在地震中的穩定性對于區域經濟發展有著重要的意義。但是近年來頻繁的地震，不僅破壞了道路和橋梁，影響了正常的經濟運行，而且影響了社會秩序，影響了人們正常的生產生活。此外，公路橋梁體積龐大，地震后難以清理和修復，嚴重影響運輸。所以由地震所導致的巨大經濟損失已經引起了橋梁工程師的重視，尋求更好的減隔震技術來提高橋梁建筑在地震中的穩定性，保證橋梁的安全和穩定，這對于保證橋梁在地震中的穩定和安全以及震后橋梁的修復有著重要的意義。近年來，國內外橋梁工程領域技術人員越來越廣泛應用減隔震技術來提高橋梁安全性能，以下該文將闡述目前的橋梁減隔震理論，并對鉛芯橡膠支座在橋梁減隔震中的作用進行具體的分析探討，以期能夠為橋梁施工中橋梁施工技術的應用研究提供參考。

1? 橋梁隔震理論及減隔震技術應用的意義

1.1 橋梁減隔震理論

強震會嚴重破壞橋梁結構，主要表現在對橋梁橋臺、橋墩、落梁的震害和橋梁支座的破壞，為了在地震發生時避免橋梁結構與地面發生類共振，減輕地震力，橋梁工程師就要通過適當控制結構物的剛度和強度來實現橋梁延性結構體系，使橋梁結構在進入非彈性狀態后仍具有較大的延展性，能夠通過塑性變形來消耗地震能力，從而達到在發生地震時“壞而不倒”。因此橋梁減隔震技術的核心思想就是通過在橋梁結構中安裝隔離裝置，通過耗能減震、吸振減震和沖擊減震的方式來減小橋梁結構的振動，達到減輕橋梁道路損失的效果。因此，橋梁的地震隔離技術是通過安裝地震隔離裝置將結構或部件與地震地面運動或可能造成損壞的損壞分開。從而將傳遞到上部結構的地震力和能力最小化，最終實現了確保橋梁結構本身及其附件的安全性的目標。總體來說，地震減隔震技術就是通過增大橋梁減隔震裝置中的阻尼裝置來耗散能量，限制過大的位移，從而減小建筑結構的相對變形。

進行橋梁減隔震設計的最終目的是為了提高橋梁結構的整體抗震性能，在對橋梁結構進行減隔震設計時要遵循以下幾個設計原則：第一，實事求是原則，在橋梁結構的減震設計中首先要對橋梁工程進行現場調查，根據橋梁的實際地理區域特點來進行設計;第二，要根據橋梁結構的整體特征和橋梁道路的交通要求來確定減隔震措施，并在一定的力學范圍內來實現橋梁結構的整體間隔震性能。橋梁減隔震裝置需要具備這4個特性：第一，擁有足夠的初始剛度，保證橋梁的結構體系能滿足正常的荷載需求;第二，具有一定的阻尼，能消減地震時橋梁結構發生的位移，或者是具有迅速復位的恢復力;第三，具有豎向承載能力，能夠安全地支撐橋梁上部結構的所有重量和使用荷載;第四，能夠使橋梁結構在地面上進行柔性運動，加大橋梁結構體系的自振周期，降低橋梁結構在地震中的加速反應。

根據橋梁結構的隔震設計原理和設計原則，目前有兩種減隔震系統：一種是粘彈性減隔震系統，另一種彈塑性減隔震系統?，F有的減隔震裝置主要有鉛芯橡膠支座、板式橡膠支座、摩擦擺支座、滑動摩擦支座以及高阻尼橡膠支座。鉛芯橡膠支座減隔震原理是通過橡膠發生彈塑性變形和鉛芯發生塑性形變來減輕地震對橋梁的影響，相比于其他減隔震裝置鉛芯橡膠支座具有性價比高、減隔震效果明顯的優勢。摩擦擺減隔震支座的減隔震原理是在地震發生時，通過產生搖擺效果來消耗地震對橋梁的影響，摩擦擺減隔震支座具有設計靈巧，能夠通過人工設計其減隔震性能，使用時間長久的優勢。高阻尼橡膠支座的減隔震原理是通過在天然橡膠中添加配合劑來提高橡膠的阻尼，通過在地震時產生的塑性形變來吸收能量，高阻尼橡膠支座具有施工便利，實用耐久，減隔震效果明顯的優勢。

1.2 橋梁隔震技術應用的意義

（1）經濟意義，伴隨我國經濟建設進入新常態，道路橋梁建設速度迅猛，在推動區域經濟建設中的作用越來越重要。道路橋梁建設能夠讓鄰近的地區實現便捷通達，能夠刺激區域物流，提高商品的流動效率，進而拉動區域的經濟建設，所以橋梁作為一種架空的人造通道，一方面具有地理上的便于行人和交通工具暢通無阻的溝通意義，另一方面具有經濟發展過程中區域生產力的合理配置，優化生產要素組合，提高區域經濟效益和促進區域經濟發展的目的。因此橋梁建設的好壞關系到一個區域的經濟發展，為確保經濟社會的全面協調發展和道路交通的良性發展，有必要重視并提高橋梁結構的減隔震性能。

（2）社會意義，橋梁作為道路交通重要的組成部分，在促進區域經濟產業發展和帶動區域之間的文化交流上有著積極的作用。第一，我國幅員遼闊，人口眾多，由于地理位置上差異，每個區域的經濟發展和文化都有所差別，相同的社會生產條件會由于地理位置上的差異和社會文化背景的不同發展出不同的經濟結果。加強道路橋梁的建設和重視道路橋梁的安全，對于促進區域間的經濟交流和社會文化交流，促進區域的協調發展有著重要意義。第二，道路橋梁的安全在全面服務小康社會上有著重要作用，在我國社會經濟轉型的重要歷史階段，道路橋梁能夠充分發揮先導作用，在推動區域道路交通運輸轉型發展，推動綠色交通建設的發展和智慧交通運輸的發展的同時，實現道路交通之間的互聯互通，因此重視橋梁安全對于促進我國道路橋梁的良性發展，減少道路交通損害有著重要意義。第三，隨著我國經濟的快速發展，人們的生活水平也是呈直線上升，私家車的擁有量也不斷增長，但同時交通運輸上的問題也隨著經濟的發展呈現出來，道路橋梁事故頻發，堵車現象隨處可見。重視道路橋梁的安全，加強減隔震技術在橋梁建設中的應用，保證橋梁的安全暢通顯得尤為重要。所以，在橋梁建設中應用減隔震技術，能有效提升地方的防災減災工作科技含量，這對于保障人民生命財產安全，建設地震韌性城市具有重要意義。

2? 鉛芯橡膠支座的簡介以及應用優勢概述

2.1 鉛芯橡膠支座的簡介

鉛芯橡膠作為一種常見的，具有良好減隔震性能的減隔震裝置主要是在板式橡膠支座的中心壓入鉛芯制成的。鉛作為一種具有良好塑性變形能力和能量吸收能力的金屬，是一種理想的彈塑性體，鉛芯橡膠支座的工作原理就是在地震發生時，利用鉛芯的高彈塑性來使它在變形時有很大的滯回阻尼，來消耗能量，減少地震對橋梁的影響，進而實現其在橋梁中減隔震的作用。

2.2 鉛芯橡膠的應用優勢

鉛芯橡膠支座與普通的減隔震裝置相比具有特殊的靜力特性和動力特性，并且與其他減隔震裝置相比具有經濟價格上的優勢。

首先，在動力特性上，表現出很強的剛度和合適的阻尼，減震耗能，穩定的滯回性能以及向原來位置復位的能力;其次，在靜力特性上表現出具有很強的豎向承載能力，穩定的溫度性以及穩定的水平荷載抵抗能力。所以，一方面鉛芯橡膠支座其豎向剛度，能夠在靜力荷載時給予橋梁上部結構所必需的屈服強度與剛度，給予橋梁結構穩定的支撐;另一方面鉛芯橡膠支座所具有的良好的形變回溯性能，能夠在地震發生時滿足較大的變位，使橋梁結構的振動周期化，達到減小地震對橋梁結構破壞的目的。另外，由于鉛芯橡膠支座由于橡膠具有一定的柔韌性，可以延長橋梁結構的周期，且鉛芯橡膠支座中的鉛芯具有一定的塑性變形能力，讓橋梁具有很強的耐久性以及抗低周期疲勞的性能。

3? 鉛芯橡膠支座在橋梁中的減隔震運用

在橋梁建設中應用鉛芯橡膠支座時，第一，我們必須利用電腦軟件建立一座橋梁的仿真模型，并且根據橋梁施工過程中的實際需求對橋梁的抗震性能進行模擬分析，在進行分析時要具體分析橋梁的主梁、橋墩、承臺、頂板和樁基，精確地模擬橋梁各部分的剛度和質量，分析橋梁結構中各個部分之間的相互關系。第二，要根據橋梁的抗震性能，運用電腦軟件來對比篩選合適的減隔震裝置，在利用電腦軟件對橋梁結構進行分析時，主要有兩種分析方式：一是利用雙線性恢復模型來分析橋梁的動力特性;二是利用線性恢復力模型來分析橋梁的振幅以及反應譜。第三，在進行橋梁減隔震分析后，設計減隔震裝置時，要根據利用電腦軟件分析出的鉛芯橡膠支座的受力分析以及橋梁地震效果參數，來對橋梁結構中應用的鉛芯橡膠支座的進行具體設計。其中橋梁地震效果參數，參數包括橋梁結構的受力狀況以及地震時橋梁的位移大小，來優化減隔震裝置的參數。第四，在完成橋梁減隔震裝置設計之后，要用電腦軟件對安裝了鉛芯橡膠支座的橋梁結構體系進行減隔震實驗測評，并且要考慮減隔震裝置在橋梁結構作用時受到的外界因素影響，如溫度、濕度等因素，對減隔震裝置的累積過程進行考量。第五，通過分析鉛芯橡膠支座在橋梁減隔震中的效果，可以得出鉛芯橡膠支座能夠有效地減少橋梁在地震時的位移，能夠有效地減小橋梁結構對地震的效應，因此可以得出鉛芯橡膠支座在橋梁結構減隔震中有著顯著的效果。

4? 結語

隨著我國社會經濟不斷發展，道路交通建設取得了很大的進步，但同時道路橋梁發生的多起事故，對人民群眾的生產及生活造成了嚴重損失，且產生了社會負面影響。如何避免橋梁事故的發展，提高橋梁的減隔震性能成為當前社會廣泛關注的熱點，因此，在橋梁設計時，橋梁設計師利用橋梁減隔震裝置良好的減隔震性能和高性價比的優勢，來進行橋梁設計，不僅能夠適應我國交通建設的需求，還能夠推動我國橋梁建設工程的健康發展。

參考文獻

[1] 朱玉華，艾方亮，任祥香，等.厚層鉛芯橡膠支座力學性能[J].同濟大學學報：自然科學版，2018（9）：1189-1194.

[2] 姜焱培，周曉敏.不同人工地震波作用下鉛芯橡膠支座橋梁減震性能分析[J].公路，2019，64（4）：155-159.

[3] 羅勇歡，陳國平，庾光忠，等.鉛芯橡膠支座在連續梁橋上的應用[J].廣東建材，2018（9）：62-64.

[4] 凌意，周康.鉛芯橡膠支座在曲線箱梁橋的適用性研究[J].四川水泥，2017（6）：41-42.

[5] 梁瑞軍，王浩，鄭文智，等.隔震曲線連續梁橋鉛芯橡膠支座參數優化[J].工程力學，2019，36（11）：83-90.

[6] 陳志強.淺析鉛芯橡膠支座對提高橋梁抗震性能的作用[J].福建建材，2017（195）：88-89.

[7] 付士航.基于Midas/GTS的新建橋梁對既有橋梁安全影響分析[J].四川水泥，2017（8）：27.

[8] 解永峰.橋梁工程中大跨徑連續橋梁施工技術應用分析[J].山西建筑，2018（24）：166.

[9] 王武勤.橋梁工程技術發展與展望[J].施工技術，2018（6）：103-108.