桥梁转体施工与基础隔震集成装置的设计要点

赵兰兰 中国五洲工程设计集团有限公司

一、集成装置构造及功能

桥梁转体施工与基础隔震集成装置[3]，主要包括摩擦摆隔震支座（FPB）、凹槽滑道和限位箍三部分，采用多个摩擦摆隔震支座，中心布置一个摩擦摆隔震支座，在中心的四周环状布置若干个相同的摩擦摆隔震支座。详细构造见[3]，基本构造如图1 所示。

转体过程中，以中心摩擦摆的中心为转轴，中心摩擦摆滑块和下支座板之间的面为滑动面，四周环状布置摩擦摆的上支座板和凹槽滑道之间为滑动面；利用限位箍将环状布置摩擦摆固定在各自初始位置，利用凹槽滑道限制环状布置摩擦摆在转体过程中可能的径向位移，以实现桥梁转体。转体完成后将限位箍拆除，并将环状布置摩擦摆的上支座板和凹槽滑道固定连接，完成桥梁转体施工的功能。在桥梁使用过程中，摩擦摆支座为该桥梁的隔震装置。

图1 集成装置基本构造图

二、多摩擦摆曲率协调设计

由于中心摩擦摆支座与周围布置的摩擦摆支座尺寸大小不同，为了实现对隔震系统的周期的控制设计，各摩擦摆滑块的下表面的曲率半径也即下支座板凹腔的曲率半径R应一致。

为了实现在摆动过程中多个摩擦摆同步摆动，且受力分布基本不变，须满足各摩擦摆的上支座板在摆动过程中上升的高度一致。

设滑块的高度为a，滑块上表面的曲率半径也即关节的曲率半径为R1，滑块下表面的曲率半径也即下支座板的凹腔的曲率半径为R，则如图2，摆动的角度为，摆动过程中上支座板上升的高度，其中R'=R+R1–a。由于本节上文所述各摩擦摆滑块的下表面的曲率半径也即下支座板凹腔的曲率半径R 相同，所以摆动角度相同，因此若想上支座板上升的高度h 相同，则须各摩擦摆的R1–a 相同。

三、摩擦系数设计

1.在桥梁转体施工阶段，因限位箍的限制作用，四周环状布置摩擦摆支座的摆动滑动面和关节滑动面均相对不滑动，但中心摩擦摆除摆动滑动面可正常转动外，关节滑动面没有限制，因此做如下考虑：设计时使关节滑动面的摩擦系数比摆动滑动面的大，使得无过大偏载转动时，在中心摩擦摆支座中，摆动滑动面处发生转动，而关节处的滑动面处在静摩擦状态，相对不动。

图2 曲率半径和滑块高度协调设计图

2.由于集成装置中的中心摩擦摆的摆动滑动面有两种作用：在转体施工过程中起滑动转体作用，在成桥使用阶段起摆动隔震作用，所以中心摩擦摆的摩擦系数应综合考虑这两种功能。基础隔震摩擦摆的动摩擦系数μ 与隔震系统的初始刚度和阻尼有关，EPS生产摩擦摆隔震装置[4,5]的动摩擦系数一般为0.03～0.2。又考虑在转体施工中滑动面的摩擦力太大则需要较大牵引力实现转动，一般动摩擦系数设计为0.05 左右。综合考虑，中心摩擦摆的摆动滑动面动摩擦系数可为0.03～0.06。为方便对隔震系统进行指标控制的设计，集成装置中周边布置摩擦摆和中心摩擦摆的摆动滑动面的摩擦系数μ 最好相同。

四、小结

1.针对桥梁转体施工和基础隔震集成装置的基本构造及实现其功能的各阶段构造变化进行了介绍；

2.根据桥梁使用阶段基础隔震功能及隔震的控制设计的需要，提出各摩擦摆支座滑块下表面的曲率半径也即下支座板凹腔的曲率半径R 应一致，并且各摩擦摆的R1–a 应相同（其中，R1 为滑块上表面的曲率半径也即关节的曲率半径，a 为滑块的高度）；

3.关于集成装置中摩擦系数有两个设计要点：其一为关节滑动面的摩擦系数应比摆动滑动面的大；其二为集成装置中周边布置摩擦摆和中心摩擦摆的摆动滑动面的动摩擦系数μ 最好相同，取值优选为0.03～0.06。