拉索减震支座和桥梁抗震设计应用探究 7页

拉索减震支座和桥梁抗震设计应用探究　　【摘要】文章首先阐述了拉索减震支座的内容，然后分析了桥梁的震害，最后对提高桥梁抗震性能的措施进行了探讨，进而分析了拉索减震支座及桥梁抗震设计应用研究；【关键词】拉索减震，桥梁抗震，应用研究中图分类号：U445文献标识码：A一、前言近年来，我国在减震支座及桥梁抗震设计上虽然取得了飞速发展，但依然存在一些问题和不足需要改进，在社会经济不断发展的背景下，加强对拉索减震支座及桥梁抗震设计应用研究，对确保居民的切身利益有着重要意义。二、拉索减震支座的内容拉索减震支座可以分为滑动支座和固定支座。固定支座主要由拉索（钢绞线、高强度钢丝束或碳纤维）、抗剪螺栓、上座板（包括顶板和不锈钢滑板）、聚四氟乙烯滑板、中间钢板、密封圈、橡胶板、底盆、地脚螺栓和防尘罩等组成。滑动支座是通过取消设置在双向滑动支座中心处的抗剪螺栓而成。 7 拉索减震支座具备了普通盆式支座的优点，如在梁端传递的垂直荷载作用下，竖向承载能力大，梁端转动灵活。上支座板的不锈钢板与聚四氟乙烯板间的摩擦系数小，水平滑移能力强等，而且由于拉索的使用成功克服了传统支座限位能力不强的弱点，能最大程度避免地震中落梁等现象的发生，并在地震后可靠复位。此外，由于盆式支座与限位索装置已经在我国各类桥梁减隔震设计中普遍采用，因此拉索减震支座制造技术成熟，相较于同类型产品造价也相对较低。在连续梁桥的固定墩设置拉索减震支座，在正常使用荷载作用下，抗剪螺栓能够保证支座是固定的，此时水平荷载主要由固定墩承担；但在强震、船撞等极端荷载作用下，当支座传递的水平荷载超过某一量值，抗剪螺栓剪断，固定支座转变成滑动支座，改变体系的传力特性，同时水平荷载分摊给一联的每一个桥墩，从而大大减小固定墩的受力。同时锚固于上、下座板的拉索在上、下座板间发生较大的相对位移时可以有效起到缓冲限位作用。三、桥梁震害分析 调查与分析桥梁的震害及其产生的原因是建立正确的抗震设计方法，采取有效抗震措施的科学依据。  1．上部结构的破坏桥梁上部结构本身遭受震害而被毁坏的情形不多，一般都是由于桥梁结构的其他部位的毁坏而引起的。如落梁，一种是由于弹性设计理论采用毛截面刚度，这样就会低估横向地震作用和位移。7 2．支座连接部位的震害这中破坏比较常见，由于连接部位的破坏会引起力传递方式的变化，从而对结构其他部位的抗震产生影响，进一步加重震害。这种破坏是抗震设计中最关注的问题之一。 3．下部结构和基础的震害下部结构和基础的严重破坏是引起桥梁倒塌，并在震后难以修复使用的主要原因。除了地基毁坏的情况，桥梁墩台和基础的震害是由于受到较大的水平地震力，瞬时反复振动在相对薄弱的截面产生破坏而引起的，从大量震害实例来看，比较高柔的桥墩多为弯曲破坏，矮粗的桥墩多为剪切型破坏，介于两者之间的为混合型。4．桥台沉陷当地震加速度作用时，由于桥台填土与桥台是不完全固结的，桥台填土的纵向土压力增大，桥梁与桥台之间的冲撞会产生相当大的被动土压力，造成桥台有向桥跨方向移动的趋势。由于桥面的支撑作用，桥台将发生以桥台顶端为支点的竖向旋转，导致基础破坏。如果桥台基础在液化土上，又将引起桥台垂直沉陷，最终导致桥梁破坏。四、提高桥梁抗震性能的措施1．隔震支座法 7 隔震支座法是在抗震应用的较为广泛的方法。这种方法是通过增加结构的柔性和阻尼来减小桥梁的地震反应的。具体做法是采用减、隔震支座在梁体与墩、台的连接处，通过设计或是应用新材料来实现结构柔性和阻尼的增加。这个方法是有大量的实验理论依据作支撑的，很多试验的分析结果都反映出桥梁连接处的结构与对地震的反应是有着直接关系的。以上的连接方法可以有效的减小墩、台所受的水平地震力，从根本上减小了地震的影响，提高了桥梁的抗震性能。 2．利用桥墩延性 桥墩的延性是抗震设计中可以加以利用的特点。由于桥墩自身是具有延性的，将这一性质加强。在强震时，这些部位形成的稳定延性塑性铰可以产生弹塑性变形，这样变形将延长结构的周期同时耗散地震的能量。利用桥墩自身加强的延性，将地震力通过限度内的塑性变形渐渐分散，是在桥梁设计中比较容易实现的抗震方法。延性的抗震设计，需要根据弹性反应来计算塑性变形的程度，然后根据抗震等级进行修正，尽可能提高桥梁的抗震载荷。在桥梁的抗震设计规范中，综合影响系数用来反映塑性变形程度，所以根据综合系数可以知道桥梁的抗震能力。 3．采用隔震支座和阻尼器相结合的系统 7 隔震支座法可以提高桥梁的抗震性能，增加对地震力的阻尼也是提高桥梁性能的方法，将二者结合起来，抗震性能加倍。隔震支座和阻尼器可以在地震的作用下，加强桥墩的弹塑性变形从而耗散地震能量，使地震的危害减小，也就是加强了桥梁的抗震性。 4．引进新型桥梁的抗震设计方法 在新型的桥梁设计多采用型钢混凝土结构，这种结构与传统的混凝土结构有着很多先进之处。因为型钢混凝土结构的承载能力高于同样外形的钢筋混凝土的一倍以上，而且前者抗剪能力、延性都明显的高于后者，这样抗震能力自然得到提到。除此之外，新型的型钢混凝土结构能够吸收、隔离和耗散地震能量，将桥梁的地震反应减小，从而避免了较大的变形造成的不可恢复的变形。这样的结构不但提高了桥梁结构的安全度，而且还可以节约材料、降低造价，可以说是首选的抗震方法。 五、拉索减震支座及桥梁抗震设计应用7 根据以上的分析可以看出，随着支座所受竖向力的逐步增加，支座摩擦系数有减小趋势，摩擦耗能性能基本处于稳定（滞回曲线趋于平稳，且各级竖向荷载作用下重复性较好），拉索在上顶板、下底板相对位移超过特定值后起到限位作用，支座滞回曲线有突变；试验所得滞回曲线形式与理想恢复力模型保持一致，印证了理论推导的正确性。同济大学曹新建博士通过建立有限元模型，研究了拉索减震支座的减震效果，结果表明拉索减震支座滞回曲线计算数据与试验所得数据吻合较好，拉索减震支座的有限元模拟是切实可行的。在中等地震或者强震作用下,常规连续梁结构的支座、桥墩、桥梁基础(一般为桩基础)等桥梁构件通常是易损部位,特别是固定墩处的桥梁结构构件。通过引入减隔震技术可以使桥梁下部结构的地震力减小。一般可以将作为上、下部结构传力核心的桥梁支座设计为减隔震支座,达到减隔震的效果。新型拉索减震支座的力学特性比较简单,既发挥了滑动摩擦耗能的功能,又通过拉索的限位保证了支座和梁体在正常范围内工作,而且支座具有较强的经济适用性.在桥梁结构的动力计算中此支座也可以得到合理的模拟。通过在传统固定墩上使用拉索减震支座,能够明显减小固定墩墩底的地震内力,同时墩、梁相对变形也在可控制范围内.如果连续梁结构全部采用拉索减震支座,则所有的桥墩共同承担纵桥向地震力,较常规支座布置的桥梁地震受力更为合理。拉索减震支座的初始间距、摩擦系数都会影响到桥梁的减隔震效果。拉索间距应该根据选定的地震输入、地震动强度设计为合理的数值,太小或者太大都不利于合理发挥其减隔震作用。六、结束语7 随着桥梁抗震技术的不断完善，拉索减震支座及桥梁抗震设计应用将会得到更多管理者的重视，在预防一些不可预料的突发状况的背景下，拉索减震支座及桥梁抗震设计应用研究将会发挥着越来越重要的作用。参考文献[1] 王宏谋.桥梁盆式橡胶支座的研究与应用[D],成都: 西南交通大学硕士论文,2008.[2] 曹新建.大型桥梁的抗震能力设计策略[D],上海: 同济大学博士论文,2009.[3]曾辉.论桥梁的抗震设计及其在我国的应用[J].科技资讯,2009,(02). [4]陈尧三,赵铁永,石丽芳.关于桥梁抗震设计的几点思考[J].科技资讯,2008,(02). 7