高墩连续梁桥隔震设计

许 祥 范平易

(1.中冶华天工程技术有限公司，江苏 南京 210019； 2.南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)



高墩连续梁桥隔震设计

许 祥1范平易2

(1.中冶华天工程技术有限公司，江苏 南京 210019； 2.南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

针对某高墩连续梁桥结构设计难以满足抗震设防要求的问题，提出了采用盆式橡胶支座与隔震支座的组合约束方案，通过分析表明，该组合结构约束体系减小了桥墩的地震内力和滑动支座的位移，抗震性能良好。

高墩连续梁桥，隔震设计，抗震性能，支座

0 引言

目前，国内已开展了一些高墩连续梁桥抗震性能的研究，但还缺乏相对成熟的抗震设计方法。我国JTG/T B02—01—2008公路桥梁抗震设计细则[1]中规定对墩高超过30 m的桥梁应作专项研究，但并没有给出具体可操作的设计方法，而桥梁设计工程师通常只能借用中、低墩桥梁的相关规范对高墩桥梁进行抗震设计，设计过程具有较大的盲目性和随意性。本文提出了一种可以有效提升高墩连续梁桥抗震性能的结构约束体系，研究结论可为同类高墩连续梁桥的抗震设计提供参考。

1 常规约束体系的高墩连续梁桥抗震性能

考虑到为了能有效约束上部结构，高墩连续梁桥中通常会将高墩与主梁设计成刚构连接，但在先简支后连续桥梁中很难实现节点的刚构连接，同时考虑到避免主梁出现过大的温度应力和有效约束上部结构的需要，先简支后连续桥梁的结构约束体系方案通常采用固定盆式橡胶支座+活动盆式橡胶支座的约束体系。下面将分析这种约束体系下的高墩连续梁桥的抗震性能。如图1所示为某高地震烈度区的一座四跨连续梁桥(4×40 m)，上部结构采用预应力先简支后连续的T梁，桥面宽13 m。桥墩为独柱式变截面混凝土矩形墩柱，墩顶截面为1.6 m×6 m，墩底截面为2 m×6 m，墩顶设有一个2.2 m×2.2 m的方形截面盖梁，基础采用群桩基础。

支座布设形式如表1所示。

表1 常规约束体系的支座布设形式

为了使分析更具一般性，根据不同的地震动参数(震级、加速度峰值和场地特征等)，选取如表2所示的由美国太平洋地震工程研究中心(PEER)提供的3条地震波。分析中考虑了设计地震和罕遇地震作用，将每条地震波的加速度峰值作相应的调整。地震波输入方式采用100%纵向地震荷载与60%竖向地震荷载的叠加。如没有特殊说明，结构的地震反应值均为3条地震波计算结果的平均值。

表2 选取的地震波

表3 峰值加速度为0.2g时桥梁结构的地震反应

从表3中可以看出在设计地震(0.2g)作用下，盆式支座约束体系下的桥墩在纵竖向和横竖向地震作用下都可以满足承载能力的要求，且所有活动盆式支座(最大位移能力为0.25 m)的位移都能满足要求。从图2中可以看出在罕遇地震(0.4g)作用下，桥梁主梁与桥台的最大相对位移已经达到0.48 m，这已经远远超出此处相应活动盆式支座的位移能力，可能引起支座的破坏及桥梁碰撞破坏，甚至引发落梁震害。

2 隔震设计

高墩连续梁桥由于墩高较高的缘故，使得其下部结构的抗推刚度偏小，结构整体偏柔，结构的自振周期一般较大，地震中结构的位移反应也会比普通墩高的连续梁桥大得多，这就使得通过延长结构周期来降低结构地震反应的隔震设计方法在高墩桥梁抗震设计中的运用受到了很大的限制。日本道路桥梁抗震设计规范[2]中规定当桥墩与主梁全部固结时桥梁的基本周期如超过1 s，则不宜采用减隔震体系，如图2所示桥梁墩与主梁固结时的基本周期为1.15 s，已超出规定范围。针对常规盆式橡胶支座约束方案中固定墩受力较大和桥台处主梁与下部结构的相对位移较大的问题，本文提出了一种可以有效提升高墩连续梁桥抗震性能的局部隔震约束体系，通过耗能和充分发挥所有墩台抗震能力来提高整个结构的抗震性能。具体为：在原支座布设基础上，将0号和4号桥台以及1号和3号桥墩处的6个盆式支座各更换为6个LRB600的铅芯橡胶支座，铅芯直径为12 cm；2号墩处约束方式不变。

图3和图4分别为El Centro波作用下1号桥墩处铅芯橡胶支座的纵向和横向的滞回曲线，从两个图中可以明显地看到，在0.2g的纵竖向或横竖向地震作用下铅芯橡胶支座都已经屈服，由于滞回曲线的面积大小代表了支座耗能大小，因此在峰值0.2g的地震作用下，铅芯支座已经开始耗能。表4中给出了局部隔震约束体系和原盆式支座约束体系时各桥墩的最大剪力比和弯矩比。从表4中可以看出，因铅芯支座耗能降低了桥梁结构的地震反应，所以局部隔震约束体系时桥墩的最大剪力和弯矩都有不同程度的减少，其中剪力最大减小了近30%，弯矩也在30%左右。

表4 峰值加速度为0.2g时局部隔震约束体系

如图5和图6所示分别为0.4g的El Centro工况作用下1号桥墩处铅芯橡胶支座的纵向和横向的滞回曲线，对比图3和图4可以看到，随着地震输入的增强，铅芯支座的最大变形量增大，同时支座滞回曲线包围的面积也更大，这也意味着更大的支座耗能。此外，从图3～图6中还可以明显地看出铅芯橡胶支座在横竖

向地震作用下滞回曲线的面积要比相应的纵竖向地震作用下的面积更大，这主要是因为桥梁的横向基本周期要明显小于纵向基本周期，而一般而言隔震对短周期结构的效果更明显。表5中给出了在0.4g工况时局部隔震约束体系下各位置的主梁与相应的下部结构的最大相对位移，对比图2中的数据可以看到，桥台处的最大纵向相对位移减小了近38%，从0.48 m减小到0.30 m。从表5中还可以看到，各桥墩处主梁与下部结构的相对位移都不大，但是在纵竖向地震作用下桥台处主梁与下部结构的相对位移较大，在设计中应在桥台处留有足够的空间让支座充分变形。

表5 峰值加速度为0.4g局部隔震约束体系下各墩梁或台梁的最大相对位移 m

3 结语

本文对高墩桥梁抗震性能进行了分析，结果表明采用常规结构约束体系较难满足抗震设防要求，在综合考虑桥梁的正常使用性能和抗震性能要求的基础上，提出通过局部设置减隔震支座可提高高墩桥梁的抗震性能，主要结论如下：

1)在高烈度抗震设防地区，高墩连续梁桥若采用盆式橡胶支座约束体系，在大震作用下固定约束支座下墩的地震内力和滑动支座的位移均较大，较难满足抗震设防要求。

2)针对先简支后连续高墩梁桥的特点，结合现有的减隔震设计方法，提出了采用固定支座与隔震支座相结合的局部隔震约束体系。分析结果表明，采用局部隔震设计的高墩连续梁桥不仅桥墩的受力显著减小，而且结构的位移反应也可以有效地降低，桥梁整体抗震性能显著提升。

[1] JTG/T B02—01—2008，公路桥梁抗震设计细则[S].

[2] 日本道路协会.道路桥示方书·同解说,V耐震设计篇[Z].

Isolation design for high-pier continuous bridges

Xu Xiang1Fan Pingyi2

(1.HuatianEngineering&TechnologyCorporation,MCC,Nanjing210019,China； 2.NanjingHydraulicResearchInstitute,Nanjing210029,China)

According to some problems in the structural design of some high-pier continuing girder bridge which fail to meet the demands of the seismic fortification, points out the combined constraint scheme with the cassette rubber bearing and seismic isolation baring, and proves by the analysis that the combined structural constraint system can reduce the seismic internal force of the pier and the displacement of the sliding bearing with better seismic performance.

high-pier continuing girder bridge, seismic isolation design, seismic performance, bearing

1009-6825(2016)10-0162-02

2016-01-26

许 祥(1984- )，男，硕士，工程师； 范平易(1985- )，女，硕士，工程师

U441.3

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