关于提高桥梁支座抗震性能的研究

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400041)

一、引言

在全部的自然灾害中地震的破坏力无疑是最大的，国内外地震工作人员一直很看重对桥梁震害的研究[1-3]。当地震到来时，桥梁的支座破坏是杀伤力极大的，经过大量事实表明支座在抗震上的表现是桥梁整体结构中比较差的。基础由于地震的作用太大而破坏，桥梁的上部结构和下部结构由于涉及的缺陷和施工时的不严谨再加上地震的强力作用会出现不可预知的损害。支座的震害主要表现为：支座的歪斜、由于剪切力过大被剪断，锚固的螺栓因过大的地震力被连根拔出，轴支座滚动脱落、活动支座滚出及支座本身由于材料的选用问题致使被破坏[4]。在设计过程中没有顾及抗震的要求，在施工过程中墩台与支座之间连接件的选用比较随意，这些因素会导致桥梁支座的动能失效。在一定程度上减少地震力的作用从而使桥梁长时间的使用，使对桥梁的主体结构损害及对交通正常运行的损害降到最小，这是对桥梁支座进行抗震的目的。

当前，减震和隔震技术在许多交通基础设施以及一些建筑结构中有着广泛的应用，使结构更为安全可靠，延长了结构的使用寿命，带来了不小的经济效益。不少研究者说到，虽然对支座进行抗震处理对桥梁设计和施工过程中产生的费用要求很高，但是，经过处理后的支座更牢固会延长再次修复的时间，从而大大降低桥梁后期的费用[5]。运用减震和隔震支座在支座周围及墩台处加装能够提高阻尼的装置，减少地震的破坏力，从而使桥梁的主体结构的破坏降到最小。大量的研究人员指出支座与墩台的连接方式的好坏会对地震破坏力减弱的多少有一定关系。当在梁体与墩台的连接处进行抗震处理时可以大大减小墩台及整体结构所受的地震荷载作用。作为经过多次成功试验且正在大量使用的技术，支座的减震和隔震技术正被视作地震界最为重要的科研成果，而被人们极力推崇。我国交通事业发展的越来越快，大量正在使用的桥梁已经不能满足抗震的要求，研究支座的抗震性能，改善整体结构的抗震能力是很有必要的。

二、桥梁支座的破坏机理及原因探究

在跨径较大的桥梁中，桥梁上部结构发生的横向变形会较大，特别是地震荷载作用时，尽量减少横向位移的发生，是研究支座的关键之处。在连续梁桥中橡胶支座的运用还是最为广泛，主要形式有：主要类型有：板式橡胶支座、盆式橡胶支座、球型橡胶支座、铅芯板式橡胶支座等[6-7]。在这些橡胶支座里面尤其以板式橡胶支座运用的最多，它的特点很独特，比如说构造简单，制作起来非常迅速，利于工人们的安装与维护，而且实际使用费用较低[8]。但是，在实际情况中，板式支座也存在较大的缺陷与不足，使用了较长时间的板式橡胶支座会出现裂纹、外鼓和压坏等现象[9]。出现这些现象的原因主要是跟支座材料的属性有关，一些厂家运用了一些回收过的低劣的橡胶来制造支座，致使支座的质量减少很多。而桥梁的整体结构对支座抵抗横向剪切变形的能力有较高的要求，因此，在桥梁运营期间会导致支座抗剪切能力不满足设计值的要求。提高支座的抗剪切能力会减少支座大面积的位移及破坏，从而减少因支座破坏带来的不必要的损失，必定会提高经济效益和良好的社会效益。

三、关于支座抗震机理的研究

随着经济的增长和科学技术的发展，提高桥梁的抗震能力得到了越来越多的研究者的关注。当桥梁受到地震荷载时，地震荷载通过墩台传递给支座，然后到上部结构，上部支座的惯性力又通过支座传递给下部支座。在强震的作用，活动支座会产生滑动。因此，水平地震力主要由固定支座承受，会导致固定支座端，梁与支座的连接装置等构件很容易发生损坏，尤其是当固定支座的限位装置失去作用时支座与梁体的相对位移很难控制，会影响整个桥梁的安全性能，直接使交通运行受阻[10]。目前,国内外标准在计算支座地震力时运用的是静力法,其缺乏的地方主要有:l)没有意识到上部梁体与桥墩的动力作用;2)没有考虑梁在水平面内作横向弯曲振动所导致的固端弯矩;3)没有考虑竖向地震力的作用;4)在想到活动支座的摩擦影响时,用的比较多的是静力分析的方法,没有考虑到活动支座摩擦的动态情况。这些都会给桥梁的抗震设计带来较大的误差[11-14]。在原来的桥梁地震分析中，基本没有意识到支座的滑动问题，大多只是应用了线性模型进行模拟，这与实际情况不相符合。通过双向支座模型对支座滑动破坏及滑动时的动力性能进行分析可以知道，摩擦系数增大必将会引起滑动能力的显著减小，桥墩的墩身刚度很大也会使支座与桥墩的墩顶和桥梁底部梁的接触面更容易的发生相对滑动[15]。

四、结论

随着我国交通事业发展步伐的加快，各种基础设施也蓬勃发展起来，桥梁的安全性、稳固性得到了跟多的关注。由于地震的发生会影响人们正常生活的运转且会造成不小的经济损失，所以研究者目前持续关注着桥梁抗震的发展。在这其中，支座对桥梁抗震的影响是不可忽略的，采用隔震和减震技术会增强桥梁的稳固和安全性能，减少地震荷载对桥梁整体结构的损伤。当遇到地震荷载时固定支座和滑动支座能否共同受力，从而避免梁体从墩台上滑落也是地震和桥梁专家关注的重点。