彈塑性鋼減隔震支座在橋梁抗震設計中的應用

段偉峰

（廣東粵路勘察設計有限公司，廣東 廣州 510000）

1 彈塑性鋼減隔震支座特點

和一般的減震材料相比，彈塑性鋼減隔震支座具有優良的性能。彈塑性鋼減隔震支座是金屬材料和塑料材料優勢的互補利用，將接觸材料注入到塑料材料中，以此來使得支座的滯回性能更好。并且塑性材料在發生變形以后，會吸收大量的能量，在這種特性的影響下可以進一步提高材料的減震性能。在加工的過程中該碳塑性減震材料更方便設計，加工時也較容易達標，使用過程中即便有所損耗維修成本也較低，不會造成過大的損失。當遭遇地震時，采取“硬抗”的方式，也能正常工作，無需替換。但地震烈度偏大成為罕遇地震，且限位裝置被切斷的情況下，可以通過以下方式來最大程度降低對橋梁的損傷，一是通過支座摩擦來實現減隔振，二是通過彈塑性鋼阻尼元件的耗能來實現減隔振。

2 橋梁抗震設計實例

在對橋梁抗震進行設計時，需要證實NDQZ支座的減隔振效果，因此，需要對其進行檢驗，在本文中，以（83+140+83）m雙塔雙索面預應力混凝土矮塔斜拉橋作為研究案例，對其開展實驗工作。此橋梁為雙幅橋，橋塔高度設置為31m，為滿足主梁施工需要，對主塔塔梁進行臨時固結，且確保各塔墩之間具有一定距離，為減少臺帽跨度，橋梁下部結構選擇設置柱式橋臺，橋墩為鉆孔灌注樁基礎。橋區內地震動峰值加速度為0.2g，地震動反應譜特征周期0.45s，對應抗震基本烈度為VIII度。

塑性鋼減震支座的主要設計原理是將支座固定在整座橋的中間位置，然后再設置活動支座，確保橋梁在安全范圍內進行一定程度的位移。其中考慮到橋梁的整體結構，且即使發生地震也要確保橋梁的各種性能符合抗震的要求，其相關參數應符合表1各項數據要求，由表1可知，屈服位移為33mm，一次剛度為97.80kN/mm，二次剛度為3.84kN/mm。

表1 NDQZ支座設計參數

3 橋梁減隔震分析

3.1 位移驗證

罕遇地震發生時，需要計算出橋梁支座的最大位移量，支座橫向位移數值需在一個合理范圍內方可保證設計的合理可靠性，通過計算可知，其最大值為24.8mm，在位移限制40mm內，符合要求。在得到數據后，根據參數和相關經驗來對防落梁彈塑性球型鋼支座的各項數據進行設定，剪力銷抗剪強度取值為7200kN，支座初始屈服剛度取值為720000kN/m，屈服后剛度取值為72000kN/m。

3.2 下部結構在罕遇地震作用下的響應

在發生地震時，橋梁支座受到地震的影響作用力最大。因此將墩底截面作為控制截面。本文通過對對普通支座和減隔震支座在罕遇地震發生的情況下結構響應分別進行計算。通過本次的實驗設計和驗證表明，主橋采用彈塑性防落梁球型鋼支座，橋型為雙幅系桿拱橋模型時，結構是完全對稱的，因此在測量時也只需要比較單側邊墩和中墩底面內力變化值。這樣既保證了測量的準確性又減少了工作量，有利于后期的分析工作。考慮到支座布置的具體狀況，當地震激勵方向為縱向時，應測量固定端邊墩和中墩墩底，當地震激勵方向為橫向時，應測量滑動端中墩和固定端中墩的墩底。具體數據如表2。

表2 關鍵截面地震響應比較

由上面表格各項數據可以看出，安裝減隔振支座后，在縱向地震波作用下，剪力和彎矩減小幅度最大截面均為固定端中墩墩底，分別減小35.54%和32.14%；在橫向地震波作用下，剪力和彎矩減小幅度最大截面均為固定端中墩墩底，分別減小30.44%和26.31%。由此得出結論：在縱橫向地震波作用下，其減隔振效果均有所減小，且取得不錯效果。