弹塑性钢减隔震支座在桥梁抗震设计中的应用

段伟峰

（广东粤路勘察设计有限公司，广东 广州 510000）

1 弹塑性钢减隔震支座特点

和一般的减震材料相比，弹塑性钢减隔震支座具有优良的性能。弹塑性钢减隔震支座是金属材料和塑料材料优势的互补利用，将接触材料注入到塑料材料中，以此来使得支座的滞回性能更好。并且塑性材料在发生变形以后，会吸收大量的能量，在这种特性的影响下可以进一步提高材料的减震性能。在加工的过程中该碳塑性减震材料更方便设计，加工时也较容易达标，使用过程中即便有所损耗维修成本也较低，不会造成过大的损失。当遭遇地震时，采取“硬抗”的方式，也能正常工作，无需替换。但地震烈度偏大成为罕遇地震，且限位装置被切断的情况下，可以通过以下方式来最大程度降低对桥梁的损伤，一是通过支座摩擦来实现减隔振，二是通过弹塑性钢阻尼元件的耗能来实现减隔振。

2 桥梁抗震设计实例

在对桥梁抗震进行设计时，需要证实NDQZ支座的减隔振效果，因此，需要对其进行检验，在本文中，以（83+140+83）m双塔双索面预应力混凝土矮塔斜拉桥作为研究案例，对其开展实验工作。此桥梁为双幅桥，桥塔高度设置为31m，为满足主梁施工需要，对主塔塔梁进行临时固结，且确保各塔墩之间具有一定距离，为减少台帽跨度，桥梁下部结构选择设置柱式桥台，桥墩为钻孔灌注桩基础。桥区内地震动峰值加速度为0.2g，地震动反应谱特征周期0.45s，对应抗震基本烈度为VIII度。

塑性钢减震支座的主要设计原理是将支座固定在整座桥的中间位置，然后再设置活动支座，确保桥梁在安全范围内进行一定程度的位移。其中考虑到桥梁的整体结构，且即使发生地震也要确保桥梁的各种性能符合抗震的要求，其相关参数应符合表1各项数据要求，由表1可知，屈服位移为33mm，一次刚度为97.80kN/mm，二次刚度为3.84kN/mm。

表1 NDQZ支座设计参数

3 桥梁减隔震分析

3.1 位移验证

罕遇地震发生时，需要计算出桥梁支座的最大位移量，支座横向位移数值需在一个合理范围内方可保证设计的合理可靠性，通过计算可知，其最大值为24.8mm，在位移限制40mm内，符合要求。在得到数据后，根据参数和相关经验来对防落梁弹塑性球型钢支座的各项数据进行设定，剪力销抗剪强度取值为7200kN，支座初始屈服刚度取值为720000kN/m，屈服后刚度取值为72000kN/m。

3.2 下部结构在罕遇地震作用下的响应

在发生地震时，桥梁支座受到地震的影响作用力最大。因此将墩底截面作为控制截面。本文通过对对普通支座和减隔震支座在罕遇地震发生的情况下结构响应分别进行计算。通过本次的实验设计和验证表明，主桥采用弹塑性防落梁球型钢支座，桥型为双幅系杆拱桥模型时，结构是完全对称的，因此在测量时也只需要比较单侧边墩和中墩底面内力变化值。这样既保证了测量的准确性又减少了工作量，有利于后期的分析工作。考虑到支座布置的具体状况，当地震激励方向为纵向时，应测量固定端边墩和中墩墩底，当地震激励方向为横向时，应测量滑动端中墩和固定端中墩的墩底。具体数据如表2。

表2 关键截面地震响应比较

由上面表格各项数据可以看出，安装减隔振支座后，在纵向地震波作用下，剪力和弯矩减小幅度最大截面均为固定端中墩墩底，分别减小35.54%和32.14%；在横向地震波作用下，剪力和弯矩减小幅度最大截面均为固定端中墩墩底，分别减小30.44%和26.31%。由此得出结论：在纵横向地震波作用下，其减隔振效果均有所减小，且取得不错效果。