铁路大跨梁拱组合桥粘滞阻尼器减震研究

文章编号：1009-6825（2013）06-0179-03铁路大跨梁拱组合桥粘滞阻尼器减震研究收稿日期：2012-12-06作者简介：刘忠平（1982-），男，工程师刘忠平（中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031）摘要：采用不同分析方法和计算理论对设有粘滞阻尼器的兰渝铁路（82+172+82）m 连续梁—拱组合桥进行了地震反应分析，并对其减震性能进行了研究，通过计算分析，得出设粘滞阻尼器后，桥梁结构地震反应时所受水平力比单墩时明显减小。

关键词：铁路，粘滞阻尼器，连续梁—拱组合桥，减震中图分类号：U448．216文献标识码：A1概述连续梁—拱组合桥是结构受力合理、外形美观、新颖的结构体系，它能有效地降低主梁结构高度，满足了通航或立交净空要求，近年来，随着高速铁路的修建，在铁路桥梁设计中获得了广泛的应用，如温福铁路昆阳特大桥采用（64+136+64）m 连续梁—拱组合桥、广深港客运专线沙湾水道特大桥采用（76+160+76）m 连续梁—拱组合桥、成渝铁路沱江特大桥采用（90+180+90）m 连续梁—拱组合桥、成绵乐鸭子河特大桥（56+116+56）m 连续梁—拱组合桥等等。

对连续梁—拱组合桥的空间地震反应分析表明，由于连续梁—拱组合桥一般只设置一个固定墩，在地震荷载作用下，纵向桥的地震荷载绝大部分均由设置在固定墩上的固定支座来承受，因此，固定墩处于十分不利的受力状态。

如果一味要求固定墩满足强度要求，在弹性范围内工作，不仅不经济，而且也没有必要。

可以对连续梁桥墩柱进行延性设计或采用一些减震措施，来减小连续梁桥的地震反应［1］。

连续梁—拱组合桥的隔震措施有很多种，近年来应用较多的是在桥梁结构中设置阻尼器来改善结构抗震性能。

在正常使用阶段，由于粘滞阻尼器对于温度和徐变变形不会对结构产生附加力，因此受到了国内外桥梁设计师们的采用和推广，如美国南加利福尼亚的Vincent Thomas 悬索桥、希腊西部Rion Antirion 斜拉桥、上海卢浦大桥［2］及长沙三叉矶自锚式悬索大桥［3］等，本文以兰渝铁路（82+172+82）m连续梁—拱组合桥为工程实例，对在该桥上设置粘滞阻尼器后的地震计算及减震性能进行了研究。

2工程概况兰渝铁路（82+172+82）m 连续梁—拱组合桥位于四川省广元市内，桥址处地震动峰值加速度为0．15g ，反应谱特征周期为0．50s ，总布置如图1所示。

该桥主梁采用单箱单室变高度、变截面箱梁，跨中截面梁高4．5m ，支点截面梁高为10m ，中间梁高按二次抛物线过渡，梁体采用C55混凝土，设计为全预应力混凝土结构。

拱肋计算跨度为172m ，设计矢高f =34．4m ，矢跨比f /L =1ʒ5，拱轴线采用二次抛物线，拱肋截面采用哑铃形钢管混凝土截面，截面高3．1m 。

两榀拱肋之间共设9道横撑，拱顶横撑为“一”字形，其余8道为“K ”字形。

全桥共设19组吊杆，吊杆顺桥向间矩8．0m 。

该桥对应墩号为4号 7号，主墩、边墩均采用圆端形实体墩、矩形承台和群桩基础，主墩承台上设有2m 的圆端形垫块，如图1所示。

该桥均采用球形钢支座，主墩支座吨位为110000kN ，边墩支座吨位为10000kN 。

为减小地震荷载作用下6号固定主墩墩身及基础受力，在5号主墩墩顶设置了4个LUD3300-e200型粘滞阻尼器。

图2为支座和粘滞阻尼器布置图。

3输入地震荷载说明为了全面地研究粘滞阻尼器的减震性能，本文采用了反应谱分析法和时程分析法分别计算了该桥的地震响应。

根据桥址处的地震动加速度和特征周期，在GB 50111-2006铁路工程抗震设计规范［4］中选取相应的反应谱值。

时程分析输入地震动加速度选取代表性的El Centro 波及Taft 波，为了对比研究的需要，对实际输入的地震波进行了修正，修正后地震波反应谱与规范反应谱的对比如图3所示櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅。

在多向地震力激发下的抗震效果的分析方法。

在反应分析中适当考虑两个水平方向上的支座恢复力之间的影响。

通过考虑与忽略支座反力的双向作用时的桥梁隔震反应对比来研究支座反力的双向作用影响。

在模拟的国外历史上的地震运动中，发现支座的恢复力的双向影响对桥梁的隔震影响有不可忽略的作用。

如果忽略的双向作用影响，只考虑理想状态下只受横向和纵向的作用时，支座位移就会被大大低估。

因此双向作用影响而造成的支座位移增大是很重要的，而且必须被包括进铅芯橡胶支座的抗震有效性设计中。

参考文献：［1］范立础．桥梁抗震［M ］．上海：同济大学出版社，1997．［2］胡幸贤．地震工程学［M ］．第2版．北京：地震出版社，2006．［3］Chaudhary M．T．A．，Abe M．，Fujino Y．，et al．Performance e-valuation of base-isolated Yama-age Bridge with high damping rubber bearings using recorded seismic data．Eng．Struct．，2001，23（8）：902-910．Discussion on the response of vibration isolation bridge under seismicLI Ping-wei（Shanxi Chengda Highway Survey ＆Design Co．，Ltd ，Taiyuan 030006，China ）Abstract ：The paper analyzes the bridge vibration isolation response of bearing reaction under double action ，and embodies its double reaction impact．Through simulating calculation ，it finds out the impact of double bearing action upon bridge vibration isolation．Key words ：vibration isolation ，lead-rubber bearing ，bearing reaction ，double action·971·第39卷第6期2013年2月山西建筑SHANXIARCHITECTUREVol．39No．6Feb．2013图1连续梁—拱组合桥总布置图（单位：m ）9.44.514号2×3.451.31.314.512.311.31.33×4162.5112.5724×5.4225.64.418.83.43.414.8流向24×5.42162.5112.5725.618.83.43.414.8222×65号222×66号9.44.6714.512.471.31.33×42×3.451.31.37号3032837521.52d =2.5m468.35mH 1%=469.82md =2.5m 365219.9-3‰24.532982.917282.9图2支座和速度锁定装置布置示意图（单位：m ）8.92.40.982172820.9纵向活动支座横向活动支座双向活动支座固定支座粘滞阻尼器顺桥向4号5号6号7号图3时程分析的地震波反应谱与规范反应谱对比图6.005.505.004.504.003.503.002.502.001.501.000.500.00水平地震峰值加速度（α·g ）0.51.52时间（周期）TEl Centro Taft 目标谱从图3可以看出，两条地震波基本符合规范要求，且在目标谱开始下降段（如T =0．5s 1s 段），时程波反应谱值偏大（若结构自振周期分布在此段，则时程分析结果可能略偏大）。

本桥梁各分析模型结构纵向1阶振动的自振周期在0．95s 1．4s 之间，故选用上述时程波进行分析应具有较高的准确性。

鉴于两条波具有一定的互补性，故最后时程分析结果取两条波的平均值。

4地震反应分析及减震效果1）无粘滞阻尼器地震反应。

分析过程中不考虑支座摩擦力，滑动支座的纵向刚度为0，此时地震荷载主要由设有固定支座的6号桥墩承担，不同方法计算的地震反应结果见表1和表2，表中单位为kN ，m ，s （下同）。

从分析结果可见：时程分析法计算的结果比反应谱法计算的结果略小，反应谱法和时程分析法计算的结果相差不大可以认为时程波选取没有问题。

表1无粘滞阻尼器时6号墩墩底内力墩号内力反应谱法时程分析法El 波Taft 波平均值6号墩底剪力49525510754155646315墩底弯矩11385131164103100637310852382）有粘滞阻尼器地震反应。

分析过程中仍然不考虑支座摩擦力，滑动支座的纵向刚度为0。

此时在5号墩上设有粘滞阻尼器，粘滞阻尼器理想化为刚性杆，即考虑为全程锁定，效果等同于固定端支座。

不同方法计算的地震反应结果见表3，表4。

表2无粘滞阻尼器时6号墩墩顶（支座）水平力墩号反应谱法时程分析法El 波Taft 波平均值6号45383468913983543363表3有粘滞阻尼器时墩底内力墩号内力反应谱法时程分析法El 波Taft 波平均值5号6号墩底剪力35565472503768442467墩底弯矩7872401000268777514888891墩底剪力34039451853599140588墩底弯矩764460971035754267862651表4有粘滞阻尼器时墩顶（支座）水平力墩号反应谱法时程分析法El 波Taft 波平均值5号297013901330643348286号27838365112858732549由表3，表4分析结果表明，设粘滞阻尼器后桥梁结构的纵向自振周期明显缩短，根据反应谱理论，结构整体的地震响应将会明显加大，受到的地震力也会明显增加，好在此时另一主墩适当分担了部分水平力，因此，反应谱法及时程法计算所得的6号主墩墩底内力及墩顶（支座）水平力均比单墩承受水平力时明显减小。

计算显示此时结构纵向1阶自振周期约为0．97s ，因此此时时程分析采用的Taft 波计算结果更为准确，表中Taft 波计算结果与反应谱法也更加吻合，由此可知反应谱法在一般“抗震”型模型中准确度较高，符合实际。

3）粘滞阻尼器减震效果。

采用反应谱法和时程分析法粘滞阻尼器的减震结果见表5。

表5不同计算方法下粘滞阻尼器减震结果内力类型反应谱法时程分析法无粘滞阻尼器有粘滞阻尼器减震率%无粘滞阻尼器有粘滞阻尼器减震率%墩底剪力495253403931．27463154058812．37墩底弯矩113851376446032．85108523886265120．51墩顶水平力453832783838．66433633254924．945结语对于兰渝铁路（82+172+82）m 连续梁—（下转第192页）复杂的室内光靠加大通风量是不够的，还需要考虑通风效率和换气频率，在具体操作时应做到通风系统布局合适，气流流通，避免死角［4］。