减隔震支座在桥梁工程中的应用

减隔震支座在桥梁工程中的应用
摘要：近年我国大规模的进行了交通基础建设，修建了大量的各
式各样的桥梁，很多桥梁修建于抗震不利的地区，设计上常常涉及
抗震研究及减隔震设计，本文通过对一座连续梁进行减隔震分析，
介绍了减隔震支座在工程中的应用，本文的研究可以为同类桥梁的
减隔震提供参考。
关键字：连续梁桥，隔振，减震装置，抗震性能
abstract: in recent years，our country conduct large scale
infrastructure construction,build large number of all kinds
of bridges.many bridges were bulit in area that earthquakes
often happened,it often impact the engineering designers to
advid this situation.in this article,we ansys a continuous
beam bridge to introduce the applicationofdmping device.the
application of this research can provide reference for
similar bridges of isolation.
keywords: continuous bridge，seismic isolation，dmping
device，seismic performance
中图分类号：u448.21+5文献标识码： a 文章编号：
0前言
传统的抗震设计主要是增加足够的结构强度和延性抵抗地震作
用。桥梁减隔震设计是通过引入减隔震装置将地震运动与结构隔
开，从而减少传到结构上的地震力【1】。通过研究发现延长结构的
周期，避开地震能量集中的地方可以有效减小地震力，但是结构的
周期增大，导致了结构的位移增大，可能不能满足结构的位移要求，
因此需要加入阻尼装置减小结构的位【2】桥梁的减隔震设计主要
是通过设计合理的减隔震装置，使在e2地震下承担桥梁大部分的
耗能和变形，从而确保桥体其他部件的地震响应在弹性范围内，从
而达到保证桥体在地震下的安全。【3】
1减隔震装置的发展及介绍
减隔震装置的发展始于20世纪70年代的欧洲和日本，我国的减
隔震装置研究并投入使用是在1965年以后，现行我国在建的和已
经使用的主要的减隔震支座包括：板式和盆式橡胶支座、铅芯橡胶
支座、四氟滑板式支座、e型钢支座、阻尼器、速度锁定器等
板式橡胶支座
由数层钢板和橡胶层镶嵌、粘合、压制而成，是应用最为广泛的
支座，有一定的减隔震效果，在中小桥上被广泛采用，其能提供有
效的竖向刚度承受荷载，又能提供比较大的剪切变形和转角变形。
盆式橡胶支座
由钢构件和橡胶层组成，由聚四氟乙烯板和钢板之间的滑动提供
水平位移，由橡胶层承压，并提供水平转向的变形需求
铅芯橡胶支座
铅芯橡胶支座是在橡胶支座中插入铅芯形成一个紧凑的减隔震
装置，水平力低时，铅芯橡胶支座有足够的刚度满足正常使用，当
有较大水平力时，铅芯屈服，在地震力下耗散能量。铅芯橡胶支座
有构造简单、经济性好、滞回曲线饱满等优点，是减隔震设计中常
用的减隔震支座。
四氟滑板式支座
是利用钢板和聚四氟乙烯板之间的摩擦制成摩擦型的减隔震支
座，改型支座允许上部结构在滑动面上滑动，从而使得上部结构传
递到桥墩的地震惯性力减小为支座的最大摩擦力，从而达到减隔震
的目的。
粘滞阻尼器
粘滞阻尼器发展较晚，却发展较快，主要应用在大型斜拉桥、悬
索桥上，主要由主油缸、副油缸、导杆、阻尼孔等组成，粘滞阻尼
器的阻尼力和弹性力有九十度的相位差，因此不增加桥墩的受力。
减隔震支座的应用分析
2.1 工程概况
本文研究对象为某互通采用桥跨组合为25+37+37+25m的预应力
混凝土连续箱梁，桥宽13m。该桥处于ls=100米、r=280米、ls=100
米的平曲线上，箱式采用单箱三室的截面，梁高2m，6%构造横坡。
下部结构采用圆柱桥墩，平均墩高6m,除去0号和5号桥台，1
号和3号墩采用双柱式墩，2号桥墩采用独柱墩，放置在下伏公路
的绿化带上。材料方面预应力混凝土主梁采用c50混凝土，桥梁墩
台采用c30混凝土，预应力筋采用1860钢绞线。
2.2 模型分析
本桥根据设计经验在中墩上设置固定支座，其他支座采用单向或
双向盆式橡胶支座，但是这种设置使的中墩的固定墩在地震下承受
过大的荷载，不利于抗震。因此需进行e1和e2地震下的抗震验算。
本文运用midas civil 建立有限元分析模型，进行时程分析，通
过分析发现中墩的固定墩承担了很大部分的地震荷载，在e2地震
下墩底弯矩有53640 kn·m，e2地震下桥墩进入塑性，且转角不满
足规范要求，因此本文决定对本桥进行减隔震设计，主要措施是选
取合适的减隔震支座放置在中墩的固定墩上，使减隔震装置在地震
下发生变形和耗能，以减小固定墩在地震下的受力，本文研究了五
种不同参数不同类型的减隔震装置进行减隔震分析，减隔震装置类
型及参数见表1。四氟滑板式支座采用midas提供的滞后系统模拟，
铅芯橡胶支座采用midas提供的橡胶支座隔震装置模拟，e型钢支
座采用滞后系统模拟。

表 1 减隔震装置参数表
3结论
通过研究发现减震装置能有效减小固定墩上所承担的地震力，相
应的增大了非固定墩的地震力，使得地震力在结构上分布更加均
匀；经计算采用四氟滑板式支座后，固定墩的墩底弯矩减小为
18494knm,减震率为65%，采用铅芯橡胶支座一后，固定墩的墩底弯
矩减小为19026 knm，减震率为65%，采用铅芯橡胶支座二的墩底
弯矩为14985 knm，减震率为72%，可以发现本桥中铅芯橡胶支座
二的减震效果大于支座一，因为支座二的屈服力小，支座中的铅芯
更早屈服，发生较大的塑性变形，耗散地震力，而且支座二的弹性
刚度比较小，使的结构更柔减震效果更明显；采用e型钢支座一后
墩底弯矩为25040 knm，减震率为53%，e型钢支座二的墩底弯矩为
22941 knm，减震率为52%，其减震效果在本桥中不及铅芯橡胶支座
和滑板支座，主要是e型钢支座提供了较大的初始刚度，而且屈服
力比较大，使得e型钢支座发挥减隔震的作用比较不明显，因此可
以发现减隔震装置都有的减隔震效果跟装置的动力特性有关，应该
合理设置参数，使减震效果达到最佳，从而发挥作用。值得注意的
是采用减震装置后，结构的位移相应增大了，应该验算结构的位移
使其在允许范围内。
参 考 文 献:
[1]梁彬.公路桥梁铅销橡胶支座优化设计及其减隔震效果研究
【d】，长安大学，2008
[2]范立础，王志强.桥梁减隔震设计【m】.北京.人民交通出版
社，2001
[3]中华人民共和国行业推荐性标准.公路桥梁抗震设计细则
（jtg/t b02-01-2008）。