摩擦摆减隔震支座在现浇大悬臂箱梁桥中的应用

尹绪胜，姜 琴

（1.山东省交通规划设计院集团有限公司，山东 济南 250031；2.烟台公路路网数据采集中心，山东 烟台 264000）

引言

随着经济的快速发展，越来越多的城市修建高架快速路以缓解交通拥堵问题。城区现状路网密，管线、小区、企业等控制因素多，采用大悬臂现浇结构使得桥跨布置更灵活，桥下布置地面道路也可节约用地，典型断面见图1。但这种结构形式，上部重量大，墩柱个数少，在地震作用下较不利。如采用延性体系设计，对于设置固定支座的桥墩，分担了大部分上部结构惯性力，基础按能力保护构件设计[1]时配筋困难。因此，在震区此类桥一般按照减隔震体系设计。

图1 现浇大悬臂箱梁横断面/m

1 有限元模型建立

1.1 有限元模型

典型桥跨布置为3×30 m，采用有限元软件Midas Civil 2020 模拟，构件均采用空间梁单元，支座采用一般连接模拟，采用节点弹性支承考虑桩-土作用、采用m 法计算土弹簧刚度，建立前后2 联以考虑相邻联影响，见图2。

图2 全桥有限元模型

1.2 地震动输入

桥梁抗震设防烈度7度（0.1 g），场地类别为Ⅲ类，场地特征周期0.45 s，结构阻尼比0.05，采用规范反应谱为目标拟合3 条E2 地震加速度时程，见图3。

图3 E2 地震加速度时程

1.3 支座参数

非隔震支座采用弹性连接模拟，支座布置见图4；摩擦摆减隔震支座采用一般连接模拟，其恢复力模型见图5。

图4 支座布置

图5 摩擦摆减隔震支座恢复力模型

隔震半径决定了支座的隔震周期，是摩擦摆减隔震支座的关键参数。选取的原则一般为隔震后结构周期一般要求大于原结构周期2 倍，通过延长结构的周期降低结构响应。

本桥一阶自振周期T1=2.12 s（顺桥向振动），当R=5 时，摩擦摆系统隔震周期，体系周期T=4.96 s，为隔震前的2.2 倍，满足要求。初始刚度，屈后刚度，等效刚度，支座参数见表1。

表1 隔震支座刚度参数

2 非线性时程分析结果

当采用3 组地震加速度时程计算时，结果取各组结果的最大值，P1～P4 墩底弯矩对比见表2、表3。

表2 右墩底顺桥向弯矩对比

表3 左、右墩底横桥向弯矩对比

通过表2 可以看出：设置普通支座时，P2 墩底顺桥向弯矩约为其他墩的5 倍，该墩承担了大部分上部结构惯性力作用；设置减隔震支座后，P2 桥墩顺桥向弯矩减小了56%，其他桥墩弯矩相应增大，但各墩墩底的顺桥向弯矩较为均衡。

通过表3 可以看出：设置普通支座时，右墩墩底横向弯矩约为左墩的10 倍，这是因为右墩的墩顶支座为横向固定，承担了大部分上部结构惯性力作用；设置隔震支座后，右墩墩底横桥向弯矩减小74.9%，左墩的墩底横向弯矩增大，但左、右墩墩底弯矩较为均衡。柱顶位移、墩底剪力与弯矩的规律基本一致。

因为采用隔震支座后，结构周期延长，减小结构地震反应。摩擦摆减隔震支座的剪力销剪断以后，结构传力路径发生了变化，从“某几个墩传递大部分的惯性力”转变为“各墩协同受力”，从而大大降低了桥墩在支座固定方向所承担的惯性力；但其他原本活动支座的桥墩弯矩也相应增大了较多，因此，采用减隔震支座的桥墩配筋时不宜区分固定墩或活动墩。

3 结语

大悬臂现浇箱梁采用减隔震支座，一方面通过延长结构周期减小结构地震反应；另一方面改变了E2 地震作用下结构的传力路径，各墩协同受力，极大改善了结构的抗震性能。但也要注意原本设置活动支座的桥墩内力较之前会增大，配筋时应该按照能力保护构件的要求统一配筋。