关于桥梁减隔震支座的若干问题

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【摘要】：本文论述了我国桥梁减隔震支座的发展现状，减隔震支座的基本性能要求及其相关性能的检测要求。

【关键词】：桥梁减隔震支座；相关问题

中图分类号：U445文献标识码： A 文章编号：

一、桥梁减隔震支座的主要要求

桥梁支座的功能是：(1)均匀稳妥地传递支反力；(2)固定桥跨结构的正确位置；(3)保证梁端自由转动或移动。目前普遍使用的有球型支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座等。

而桥梁抗震支座除具有上述功能外，还应有以下功能：(1)在地震发生且水平力超过给定值时，支座水平方向应能滑动，并消耗能量；(2)在支座滑动时，支座应具有一定刚度，且滑移刚度(即屈后刚度)与滑移位移(即屈后位移)相适应；(3)在支座滑动过程中，传递到墩台上的水平力不得过大；(4)在地震过后，支座应能够自动恢复；(5)支座的选材及表面防护体系应满足桥梁使用寿命要求。

二、桥梁减隔震支座的发展现状

自汶川地震后，桥梁的减、隔震设计得到重视，我国先后修订了公、铁路桥梁的抗震设计规程，对桥梁支座的减隔震提出了相应的要求。为我国桥梁减隔震支座的发展提供了良好的契机。铁路桥梁的减隔震支座应满足以下安全性要求：

1、在多遇地震作用下，桥梁结构的抗震安全应满足GB50111-2006铁路工程抗震设计规程的要求，减隔震支座的耗能机构不应影响结构的正常使用功能；

2、在设计地震作用下，桥梁连接构件的抗震安全应满足GB50111-2006铁路工程抗震设计规程的要求，减隔震支座的位移锁定装置得到释放，耗能作用在地震中得到有效发挥，支座的地震位移小于容许位移；

3、在罕遇地震作用下，结构的抗震性能应满足以下要求：(1)桥墩的延性比μu满足GB50111-2006铁路工程抗震设计规程的相关要求，隔震桥梁钢筋混凝土桥墩的容许延性比μu取2.4；(2)减、隔震支座的最大位移必须小于装置的容许位移；(3)减、隔震支座与桥梁之间连接构件的强度满足安全要求。

当前，铁路桥梁上建议可采用的减隔震支座主要有：弹塑性钢阻尼支座、粘滞阻尼器、速度锁定支座、铅芯橡胶支座和摩擦摆式支座等。JTG/TB02-01-2008公路桥梁抗震设计细则提出了桥梁减隔震设计的要求，并对在什么条件下可以采用减隔震设计做了规定。满足下列条件之一的桥梁，可以采用减隔震设计：（1）桥墩为刚性墩，桥梁的基本周期比较短；（2）桥墩高度相差较大；（3）桥址的预期地面运动特性比较明确，主要能量集中在高频段时。

总之，地震区桥梁结构设计中基本上遵循“小震不坏，中震可修，大震不倒”的原则，为此在桥梁结构设计中引入了延性设计的概念。桥梁结构设计中或者考虑在桥墩处形成塑性铰，或者通过在桥梁与桥墩之间的支座部位设置减隔震支座，增加桥梁结构的延性，以耗散地震的能量。地震中桥墩混凝土形成塑性铰后，结构延性增加，但将给地震后的修复工作带来很大的难度和工作量。而采用减隔震支座时，地震后减、隔震部件可能损害，桥梁整体不会倒塌，地震后的修复工作相对比较容易，必要时可以更换支座。因此，采用减隔震支座是一种切实可行的减震方法。

桥梁采用减隔震支座时应该遵循以下基本原则：

(1) 减隔震支座必须能满足支座正常使用状态（非地震时）的功能，即能保证可靠地传递荷载（垂直力和水平力），能保证支座的转动和位移不受约束，支座的各部件及其与桥梁和墩台的连接部件不得损坏；

(2) 减隔震支座减小地震响应的作用可通过以下功能来实现：①延长结构基本周期，减小力的作用，但增加支座位移；②增加阻尼，可以减小支座位移，也可以减小力的作用；③通过延长结构基本周期和增加阻尼两项效应组合。即延长结构基本周期又增加阻尼。

三、桥梁减、隔震支座的性能要求

1、桥梁减隔震支座的基本性能要求

作为桥梁结构的一个重要组成部件，桥梁减隔震支座及其与结构的连接部件，在设计和制造时应能承受相应的地震作用，而不应出现局部或者整体的损坏，在地震过后还应保留一定的残余抗力，并具有可应用的残余承载力。桥梁减隔震支座及其与结构连接部分，应设计和建造成能承受发生概率比设计地震更大的地震，不发生损坏，且没有相关的使用限制。在设计地震作用下，装置预计将不承受或者承受很小的损坏，不需更换。

2、桥梁减隔震支座的基本性能的可靠性

减隔震支座及其与结构连接部分需要有较强可靠性。可以通过对设计地震位移乘以放大系数γX来实现。对于不是用于隔震系统的装置，根据其在地震发生以后对结构稳定性所起的作用，对作用在减隔震支座及其与结构连接部分的地震作用，必须乘以大于或等于1的可靠性系数。我国GB50111-2006铁路工程抗震设计规程规定，结构连接部分的可靠性系数为1.5。

3、桥梁减隔震支座的功能要求

减隔震支座及其与结构连接部分应满足功能要求，依照其整个使用寿命中的设计要求和容许偏差进行设计和制造，并应符合相应的力学，物理，化学，生物和环境条件。减隔震支座及其与结构连接部分在建筑物的整个使用寿命中，应便于日常的检测和更换。因此，必须在结构设计时考虑便于设备和人员的可达性。

四、桥梁减隔震支座的结构构造要求

减隔震支座及其与结构连接部分的设计和制造，应使其性能特点与设计要求相一致：

1、破坏极限状态（ULS）的要求

减隔震支座及其与结构连接的部分应验证具有充分的稳定性，有合适的强度和延性，以承受设计地震情形下的影响。在破坏极限状态下，装置及其与结构连接部分可以承受损坏，除熔断保护装置以外，其余部件应不失效。在遭受任何损坏之后，应当便于更换。减隔震支座的未损坏部分，应该留有一定的残余承载能力，其至少等于在地震之后可能产生的，支座直接承受的永久性作用，或者与设计情形相一致的各种作用的组合。

2、正常使用极限状态要求

在正常使用极限状态下，减隔震支座及其与结构连接部分应处于良好的使用状态，并应进一步考虑其在地震作用下的性能。地震后支座遭受破坏很小，支座的使用功能不应失效，并不需要立即修复。任何类型的减隔震支座，都要经过技术验证程序，其中应包括证明该减隔震支座符合其功能要求的成分。应能证明该减隔震支座在其使用寿命内，在包括有地震作用在内的使用领域内，能保持其减隔震功能。减隔震支座隔震性能的验证至少要包含以下要求：

（1）减隔震支座的相关性能参数及其可能发生的变化；（2）减隔震支座估计预期使用寿命的方法；（3）减隔震支座在其使用寿命期间功能可靠和稳定能力的验证；（4）减隔震支座的各部件的机械性能限值；（5）减隔震支座可应用的环境条件范围；（6）减隔震支座在超出设计地震作用下的性能说明，用以确定安全系数γm值；（7）减隔震支座设计分析所采用的本构关系；（8）减隔震支座在不同使用条件下的本构模型的说明，在使用寿命期间预计的典型物理现象，特别是在设计地震运动期间的本构关系；（9）减隔震支座所要求的型式试验内容，应包涵相关参数的预期使用范围。

结束语

综上所述，减隔震技术在国外已经得到了多年的发展应用，该项技术也得到了不断的发展和完善。虽然减隔震技术在我国应用的较少，但只要认真学习国外的成熟经验，遵循桥梁减隔震支座的设计思想，在施工过程中做好重难点处理，充分发挥减隔震支座耗散地震能量的作用，降低桥墩与基础的荷载，提高桥梁结构的性能。

参考文献：

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