地震作用下隔振摩擦摆支座对连续梁桥受力性能的影响
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摘要：本文介绍了隔振摩擦摆支座的结构构造和隔振性能,并结合实际工程将隔振摩擦摆支座在地震作用下对连续梁桥受力性能的影响与我国桥梁中应用较多的板式橡胶支座进行了对比。
Abstract: this paper introduces the friction pendulum of vibration isolation bearing structure and performance of vibration isolation, and actual project will vibration isolation bearings friction pendulum under earthquake effect of continuous girder bridge for mechanical properties of the influence of the Bridges in our country and widely applied slab rubber bearings are compared.
Keywords: continuous girder bridge, isolation, vibration isolation bearings friction pendulum, the seismic performance
中图分类号： U448.21+5 文献标识码：A文章编号：
0 引言
对于大跨度连续梁桥结构，在地震作用下，上部结构地震惯性力较大，上部结构纵桥向绝大部分地震惯性力都由固定墩来承受，如何有效地减小固定墩所受的地震力是其抗震设计的关键。采用隔振设计，可以使下部关键构件保持在弹性状态。隔振的基本原理是利用隔振装置的柔性来延长结构体系的周期，减小结构地震反应[1][2]。本文以一实际工程为例，通过计算其安装板式橡胶支座和隔振摩擦摆支座时，在地震作用下的时程反应，并对比计算结果，从而得出隔振摩擦摆支座在抗震方面的优越性能。
1隔振摩擦摆支座的构造及工作原理
隔振摩擦摆支座主要包括用限滑动螺栓、不锈钢材料的球形滑面滑槽、涂有Teflon材料的滑块以及用来与上部结构相连的盖板，其构造示意如图2所示。摩擦摆支座通过球形滑动表面的运动使上部结构发生单摆运动,隔震系统的周期和刚度通过选取合适的滑动表面曲率半径来控制,阻尼由动摩擦系数来控制。限滑动螺栓剪断前，摩擦摆隔震支座不发生滑动，在其支撑下的隔震桥梁结构与普通桥梁结构相同；当地震将限滑动螺栓剪断后时，摩擦摆隔震支座发生位移。
1-滑动曲面；2-抗滑螺栓；3-限滑块
4-滑动块；5-上座板；6-下座板
图1 全桥有限元计算模型 图2 摩擦摆支座构造
2桥梁受力分析
2.1 模型概况
用桥梁分析软件MIDAS来模拟全桥有限元计算模型。全桥共分为125个节点，122个单元，均用杆单元来模拟。在进行地震分析时,采用地面加速度时程进行时程分析与计算,故在建模时不考虑桩基础的作用。摩擦摆隔振支座用一般连接特征值中摩擦摆隔振装置模拟；板式橡胶支座用节点弹性连接模拟。模型如图1。
2.2选取地震波 [3][4]
根据《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008)5.2规定，地震作用输入采用设计加速度反应谱。时程分析选取El-Centro波、Taft波和天津波 (Tianjin wave(1976.11.15，Ninghe Earthquake))。三条地震波分别用wave-1、wave-2、wave-3表示。
2.3 桥梁在地震波作用下的受力分析
这里只分析2号墩在安装板式橡胶支座和隔振摩擦摆支座时顺桥向的反应情况。
通过计算，2号墩安装板式橡胶支座时在三条地震波作用下顺桥向最大弯矩为4419 kN m，最大剪力为25978kN，最大位移为30mm。
通过计算，2号墩安装隔振摩擦摆支座时在三条地震波作用下顺桥向最大弯矩为6758 kN.m，最大剪力为4671 kN，最大位移为15mm。
3 摩擦摆支座隔震效果分析
在三种地震波分别作用下，隔振摩擦摆支座的隔振率如表1所示：
表12号墩顺桥向隔震效果
计算小结：2号墩采用隔振摩擦摆支座时的时程反应情况相比采用板式橡胶支座时，减震效果明显：墩底顺桥向弯矩最大减少85.1%，墩底顺桥向剪力最大减少84.4%，墩顶顺桥向位移最大减少50%。
4 结论
综上所述，采用FPB隔振摩擦摆支座后，由于在桥梁上部结构与下部结构之间形成了隔震层，地震时上下部结构运动隔离，不同步，通过隔震支座滞回耗能有效地减少了桥墩承受的弯矩和剪力，降低了墩顶位移以及墩底得受力.实践表明, 隔振摩擦摆支座是一种力学性能良好的隔震装置,能够有效降低地震力,降低工程总造价。隔振摩擦摆支座在桥梁工程中的应用,对于提高桥梁结构的抗震性能,提高桥梁工程建设的经济性具有重要意义。
参 考 文 献:
[1] 吴陶晶 李建中 管仲国. 隔振装置作用机理及其在大跨度连续梁桥中的应用[J]. 结构工程师. 2009. 25(4): 103-107
[2] 陈永祁 杨风利 刘林. 摩擦摆隔震桥梁的设计及应用[J]. 工业建筑,2009. 39:256-230
[3] 王常峰. 桥梁结构非线性地震反应研究[D]. 兰州交通大学, 2009
[4] 范立础 王志强. 我国桥梁隔震技术的应用[J]. 振动工程学报. 1999. 12(2). 173-181
[5] 范立础 王志强. 桥梁隔振设计[M]. 北京：人民交通出版社. 2001. 79-84
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