基于拉索减震支座的钢板组合梁桥抗震性能研究

窦维禹，吴平平

(1.安徽省交通控股集团有限公司，安徽 合肥 230088；2.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

近年来，近场地震动引起的结构破坏越来受到地震学家的关注[1,2]，国内已逐步开展了对普通桥梁在近场地震下响应特点的研究[3,4]，但对于减隔震桥梁的近场地震响应影响研究仍然很少。具有广泛运用前景的拉索减震支座，袁万城以及党新志等[5,7]研究了该支座在近场地震下的减隔震效果，但都基于常规混凝土梁桥，其对钢板组合梁桥的适用性值得研究。本文以一座支撑横梁体系钢板组合连续梁桥作为背景，输入多条近场地震动记录，与非隔震桥梁做对比，系统地研究布置拉索减震支座对连续梁桥支座响应的影响，为近场区域该类桥梁采用拉索减震支座的设计方案提供理论参考。

1 工程概况

1.1 算例桥梁

选取一座跨径布置为4×35 m的支撑横梁体系钢-混凝土板组合梁桥为研究对象。工字型钢梁作为主梁，与端横梁、中横梁及小横梁通过节点焊接形成钢构架，通过剪力钉将混凝土桥面板和钢主梁连接成一个整体。单根剪力钉直径22 mm、钉长190 mm的ML15焊钉，沿钢主梁上翼缘间距为150 mm和300 mm纵向布置。下部结构采用直径1.2 m，壁厚为0.25 m的预制圆柱墩，圆形截面的C30混凝土群桩基础布置在桥墩底部，通过方形承台连接。边墩上布置聚四氟乙烯滑板支座，中墩以及次边墩均布置高摩阻板式橡胶中支座。

1.2 有限元模型

采用SAP2000 建立算例桥梁的非线性动力有限元模型。其中，预制混凝土桥面板采用厚壳单元离散为空间结构；钢梁、横梁及桥墩采用空间框架梁单元模拟；剪力钉采用LINK单元模拟，并考虑合并后剪切刚度的折减；墩底承台模拟为质点，桩基础采用6×6集中土弹簧模拟；聚四氟乙烯滑板边支座以及高摩阻板式橡胶中支座采用LINK单元模拟。抗震有限元动力计算模型如图1所示。

图1 钢板组合梁桥动力有限元模型

1.3 地震动输入

选取8条近场地震波作为时程输入，见表1，分别沿纵桥向和横桥向输入，不考虑竖向地震作用。

表1 所选近场地震动记录

2 地震响应分析

由于算例桥梁为对称结构，限于篇幅，仅列出1#～3#桥墩上支座纵、横桥向的位移响应。

2.1 非隔震桥梁

非隔震桥梁的支座按设计方案布置，即端支座采用聚四氟乙烯滑板支座，中支座采用新型高摩阻板式橡胶支座，横向设置支座挡块。在近场地震作用下，计算得到的1#～3#墩支座纵、横桥向最大位移见表2。

表2 非隔震桥梁支座纵、横桥向最大位移

由表2可知，在近场地震作用，沿纵桥向激励时，边支座位移最大达1.038 m，中支座位移最大达0.575 m；沿横桥向激励时，边支座位移最大达0.550 m，中支座位移最大达0.390 m，可见纵、横桥向支座位移远远超过支座位移能力(聚四氟乙烯滑板支座极限位移为0.13 m，高摩阻板式橡胶支座纵、横向极限位移为0.063 m)。值得注意的是，沿纵桥向钢主梁与桥墩墩帽搭接约为1 m，因此近场地震作用下很有可能产生沿纵桥向落梁的震害，同时横桥向由于支座位移过大，将与支座挡块发生碰撞。

2.2 隔震桥梁

隔震桥梁即将所有的支座替换成拉索减震支座，并对布置减隔震支座的组合梁桥进行非线性时程分析。表3仅列出不同支座类型对支座纵、横桥向最大位移的影响。

表3 不同支座类型对支座纵、横桥向最大位移影响

由表3可知，当采用拉索减震支座后，沿纵桥向激励时，边支座最大位移由1.038 m降到0.277 m，降幅达73.28%；中支座由0.575 m降到0.253 m，降幅达55.92%。沿横桥向激励时，边支座最大位移由0.509 m降到0.194 m，降幅达61.88%；中支座由0.373 m降到0.210 m，降幅达43.68%。可见，采用拉索减震支座能大幅度降低支座纵、横桥向位移，虽然支座位移仍较大，但相对于原支座产生的位移来说，能降低落梁以及梁体发生碰撞的可能性。

3 结 论

本文探讨了近场地震作用下拉索减震支座在钢板组合连续梁桥上的减震效果，得到如下结论：

(1)近场地震作用下，非隔震桥梁的支座位移远远超过支座位移能力，并且在纵桥向发生落梁的可能性极大。

(2)采用拉索减震支座，对支座位移有很大束缚作用，支座位移大幅降低，将其控制在支座位移能力范围内，从而避免落梁的震害发生。