多跨連續梁橋橫向減隔震分析

張海鵬

摘要：經濟的發展，城鎮化進程的加快，促進交通建設項目的增多。橋梁是公共基礎設施中非常重要的一環，而且它也是抗震救災過程中的非常重要的部分。尤其是這些年來，伴隨著我國公共基礎設施建設事業的快速發展，橋梁的建設數量越來越多，而跨度也越來越大。當橋梁由于地震等原因發生破壞或者傾覆而不能正常使用時，那么我們的交通設施就無法使用，將會導致救援工作無法順利進行。地震在我國發生的次數比較多，對橋梁應用合理有效的減隔震抗震措施，確保橋梁結構在地震中的安全以及正常使用功能，這對防震減災、地震救援以及重建工作有非常重要的意義。本文就多跨連續梁橋橫向減隔震展開探討。

關鍵詞：多跨連續梁;減隔震;橡膠支座;布置方式;抗震性能

引言

隔震裝置是指在多跨連續梁的上部結構和下部結構之間安裝一種可以隔離地震作用傳播的元件，從而能夠有效減小地震力的輸入。減震裝置一般是指通過安裝耗能裝置或各種阻尼器，當發生強烈地震時，裝置能夠大量耗散由地震引起的能量，增大結構在地震作用下的耗能能力，從而減小結構受到地震作用。減隔震裝置可以有效防止橋梁結構在地震作用下出現過大的動力響應，提高結構抵御地震破壞的能力。

1地震危害

對于同一震級的地震來說，震源深度越淺，震中距離越短，地震烈度越大，地震造成的破壞也越大。地震災害按照誘因可分為直接災害和次生災害兩類。地震直接災害是指由地震的原生現象，如地震斷層錯動，大范圍地面傾斜、升降和變形，以及地震波引起的地面震動等所造成的直接后果。包括：（1）建筑物破壞或倒塌;（2）地面破壞，如噴水冒砂、地裂縫、地基沉陷等;（3）山體破壞，如泥石流、山崩、滑坡等;（4）水體的振蕩，如海嘯、湖震等;（5）其他如地光燒傷人畜等。直接災害是造成震后人員傷亡、生命線工程毀壞、社會經濟受損等災害后果最直接、最重要的原因。地震災害打破了自然界原有的平衡狀態或社會正常秩序從而導致的災害，稱為地震次生災害。如地震引起的房屋倒塌火源失控造成的火災、水庫、江湖決堤造成的水災，有毒容器破壞后毒氣、毒液或放射性物質等泄漏造成的災害等。

2橋梁震害特征

從工程角度來看，不同的橋梁結構形式、構造以及所處場地的地震動特性，造成橋梁結構的破壞性質和程度不同，但在地震中大多數橋梁的破壞機理和類型是重復出現的。地震對橋梁工程的震害，總結為以下四種：（1）部結構的震害;（2）支座的震害，（3）下部結構的震害;（4）基礎的震害。橋梁上部結構因地震直接破壞的情形不多，而位移震害較為常見。當橋梁與墩臺的相對位移過大，支座喪失約束力引起落梁震害，主要表現為縱橋向位移、橫橋向位移以及扭轉位移。橋梁支座的主要作用有：（1）傳遞上部結構的支撐反力，包括恒載和活載引起的豎向力和水平力。（2）保證橋梁結構在活載、溫度變化、混凝土收縮徐變下等因素作用下能自由變形，使得上下部結構的實際受力狀態符合結構靜力圖式。在地震中，如果支座遭到破壞，橋梁結構就會喪失整體性，導致傳力路徑的改變，上部結構可能產生較大的位移震害，進而導致落梁。支座一般分為固定支座和活動支座，固定支座的破壞主要表現為強度的破壞，活動支座的破壞主要表現為墩梁相對位移超出了活動支座的承受范圍而引起的破壞。橋墩是支撐上部結構的主要構件，地震中，如果橋墩發生破壞，上部結構往往難以幸免。鐵路橋梁和公路橋梁普遍采用鋼筋混凝土橋墩，鋼筋混凝土橋墩的破壞機理分為兩種，第一，彎曲破壞;結構在水平地震荷載作用下，由于過大的彎曲變形導致混凝土保護層脫落，結構內部的混凝土壓碎、斷裂，結構失去承載能力。第二，剪切破壞。剪切破壞往往是脆性破壞，當結構受到的水平地震力大于截面剪切強度的時，結構形式急劇改變，承載能力斷崖式下降，極有可能發生結構垮塌。對于長聯大跨連續梁橋，由于只設置一個固定墩，地震力主要集中在固定墩上，在地震作用下，固定墩受到較大考驗，墩身容易出現較大的裂縫，局部混凝土壓碎，橋墩側面位移，直至橋墩剪切破壞?；A的破壞是橋梁地震震害中較為常見的現象，地基的失效引起橋墩基礎失效，從而導致橋梁傳力路徑發生變化。與公路橋梁相比，鐵路橋梁具有荷載大、剛度要求高等特點，而長聯大跨連續梁橋因為一聯長度較長且縱向只設置一個固定支座，這樣地震力將集中作用在固定墩上，從而使得固定墩承受較大地震荷載，墩身設計相對困難。傳統的抗震設計主要是通過提高結構的強度、剛度和延性，達到人們期望的抗震設防目標，然而對于隨機性很強、發生概率很小的強震作用，只能采用“硬抗”的設計方法，這種設計方法顯得非常被動。傳統的抗震方法在經濟性與安全性之間面臨著很大的矛盾。

3多跨連續梁橋橫向減隔震分析

3.1鉛芯橡膠支座減隔震基本原理

鉛芯橡膠支座是通過將橡膠層和單層薄鋼板分層疊加，然后硫化制成普通橡膠支座。同時，為了增大支座在地震晃動中的耗能能力，在橡膠支座的中間灌入鉛芯，使兩者融為一體，利用鉛芯的屈服變形來提高支座的抗震性能。承受豎向荷載時，由于薄鋼板能夠約束橡膠層變形，鉛芯橡膠支座具有良好的豎向承載能力，豎向變形也很小。當支座承受由過大的地震加速度帶來的水平力時，支座中的圓柱形鉛芯開始屈服，產生塑性變形，形成滯回環，并且通過周圍的橡膠層為鉛芯提供水平恢復力，使支座具備良好的阻尼性能。影響鉛芯橡膠支座主要技術性能的參數有：鉛芯屈服強度Qd、支座屈服前剛度K1以及支座屈服后剛度K2。這3個參數對橋梁結構在地震作用下的動力響應影響很大。因此，依照現有橋梁結構模型，分析選擇合適的支座參數非常必要。

3.2地震波的選用

當無法獲得擬建橋梁結構的橋址處或相鄰位置處的實際地震波加速度時程的情形下，常常需要根據場地土類別及其它的具體環境狀況，對工程場地進行安全性評價，來得到地震波的主要設計參數。工程實際中，主要通過對工程場地的安全性評價得到這些設計參數。

3.3鉛芯橡膠支座的參數

鉛芯橡膠支座主要有3個設計參數：屈服強度、初始剛度、屈服后剛度。這3個參數彼此相互關聯，取它們的控制性參量鉛芯直徑D及硬化比（屈服后剛度與屈服前剛度之比）進行減隔震分析。隨著現代科學技術的提高，阻尼器設計參數的調節范圍很廣，為將其應用于各類工程奠定了堅實基礎。

4結語

我國處于地震帶的包圍中，近年來災害頻發，使我國人民遭受了巨大的生命財產損失。橋梁結構作為交通運輸的生命線工程，如果地震中破壞倒塌將加重次生災害的程度，因此，橋梁工程，尤其是高速公路段上的車流大、運輸密集的橋梁結構，應高度重視其抗震減災工作，確保其在地震下的安全性。

參考文獻：

[1]李國強，李杰，蘇小卒.建筑結構抗震設計（第1版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2018.

[2]張培君，胡世德.連續梁橋橋墩橫向地震力簡化計算方法探討[J].結構工程師，2018，21（4）：17-22.

（作者單位：中鐵九局集團有限公司）