吳國斌，譚　平，王　冰，馬安財(cái)

（廣州大學(xué)工程抗震研究中心，廣州　510405）

高速鐵路橋梁的隔震研究

吳國斌，譚平，王冰，馬安財(cái)

（廣州大學(xué)工程抗震研究中心，廣州510405）

以某高速鐵路橋梁為工程背景，開展了高鐵橋梁的隔震研究。針對(duì)該工程現(xiàn)已應(yīng)用的摩擦擺支座的不足，研發(fā)了適用于高鐵橋梁的四鉛芯橡膠隔震支座，并與我國高速鐵路常用的盆式橡膠支座進(jìn)行了對(duì)比分析。采用ABAQUS軟件對(duì)該工程中典型五跨簡支高鐵梁橋建立了三維精細(xì)化有限元分析模型，分析模型中摩擦擺式支座與四鉛芯橡膠隔震支座均采用雙線性來模擬，盆式橡膠支座采用水平剛度較大的線彈性模型，橋墩中混凝土和鋼筋采用纖維模型。對(duì)比分析了高鐵橋梁當(dāng)分別采用摩擦擺式支座、四鉛芯橡膠隔震支座與盆式橡膠支座時(shí)的地震響應(yīng)。研究結(jié)果表明：采用的四鉛芯橡膠隔震支座的高鐵橋梁在大震下支座沒有破壞且橋墩墩頂位移、墩底彎矩、墩底曲率均得到顯著降低，能確保高鐵橋梁在強(qiáng)震下的安全性。

高速鐵路；高速鐵路梁橋；隔震；橋梁隔震；鉛芯橡膠隔震支座

吳國斌，譚平，王冰，等.高速鐵路橋梁的隔震研究［J］.華南地震，2016，36（2）：32-40.［WU Guobin，TAN Ping，WANG Bing，et al.Study on Isolated High-Speed Railway Girder Bridge［J］.South china journal of seismology，2016，36（2）：32-40.］

0　引言

高速鐵路作為一種新時(shí)代的運(yùn)輸方式，相比于其他運(yùn)輸方式具有高速行駛、高安全保障、高舒適性及高密度連續(xù)運(yùn)營等特點(diǎn)。由于高鐵對(duì)行車軌道的平順性和穩(wěn)定性要求相當(dāng)嚴(yán)格，因此高架橋、長大橋比例高成為高速鐵路的主要特征。為滿足高速鐵路的高速行駛、高舒適性、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，高鐵橋梁的箱梁和橋墩質(zhì)量及尺寸較普通橋梁大得多，從而也使高鐵橋梁的整體剛度較普通橋梁大很多，因此地震反應(yīng)也較普通橋梁大［1］。強(qiáng)震作用下，橋梁結(jié)構(gòu)抗震能力有限是導(dǎo)致高鐵橋梁出現(xiàn)震害的主要原因［2］。我國地處環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，是一個(gè)地震多發(fā)的國家［3-4］。為了確保高速鐵路在強(qiáng)震下的安全性，將在建筑與普通橋梁中已應(yīng)用得成熟的隔震技術(shù)引入到高速鐵路橋梁中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

近年來，國內(nèi)外研究者對(duì)公路隔震橋梁及普通鐵路隔震橋梁等進(jìn)行了深入的研究，并取得了大量研究成果［5-8］。Anderson［9］進(jìn)行了基于性能的隔震橋梁研究，Warn Whittaker［10］進(jìn)行了減隔震簡支梁橋原型試驗(yàn)和時(shí)程分析，閻貴平［11］和張貞閣［12］進(jìn)行了LRB支座鐵路橋梁減隔震性能研究，進(jìn)行了LRB支座動(dòng)力參數(shù)對(duì)橋梁動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律的研究，摩擦擺式支座在國外橋梁隔震設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用［13-14］，土耳其Bolu Viaduct高速公路高架橋及舊金山海灣地區(qū)的Benicia-Martinez橋震后采用摩擦擺支座進(jìn)行加固、加州福爾松的美洲河橋以及密西西比河都采用了摩擦擺支座進(jìn)行抗震加固。陳令坤等［15］進(jìn)行了采用鉛芯橡膠支座的高鐵橋梁的隔震研究，夏修身等［16］進(jìn)行了采用摩擦擺式支座的高鐵橋梁的隔震研究。到目前為止，高鐵橋梁的隔震研究尚處于起步階段，在高鐵橋梁中還沒有使用隔震技術(shù)的工程實(shí)例，因此還需要對(duì)高鐵隔震橋梁的地震反應(yīng)進(jìn)行更深入的研究，對(duì)高鐵橋梁的隔震應(yīng)用作進(jìn)一步的探索。

本文將以某實(shí)際高鐵橋梁工程為研究對(duì)象，在該工程中實(shí)際應(yīng)用的橋梁支座是摩擦擺式支座。本文將針對(duì)該典型工程展開高鐵橋梁的隔震研究，將研發(fā)適用于高鐵橋梁的新型隔震支座，并與在我國鐵路橋上常用的盆式橡膠支座的地震響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比分析。

1　工程概況

圖1　橋墩墩身與主梁截面形狀（單位:m）Fig.1 The cross section shape of pier body and main girder （unit:m）

從某高速鐵路橋梁實(shí)際工程中選取一段5跨等高等跨的簡支梁橋段，每個(gè)橋墩的形狀尺寸配筋都相同，橋墩頂部對(duì)稱布置四個(gè)支座。橋墩墩高為22.5 m，墩身截面為實(shí)心圓端形且長和寬分別為6.8 m和2.8 m同時(shí)墩身高為18.5 m，墩身的橫截面形狀與配筋如圖1，橋墩墩頂為長和寬為7.6 m和3 m的實(shí)心矩形且高度為3 m，橋墩墩底為實(shí)心矩形長和寬為7.6 m和4.2 m高度為1 m，其中承臺(tái)高度為2.5 m長和寬是11.3 m和8.7 m的實(shí)心矩形。高鐵橋梁的跨度為32.1 m，簡支箱梁長為32 m，簡支梁之間的縫寬為10 cm，主梁為單箱單室預(yù)應(yīng)力箱梁，箱梁截面尺寸及形狀如圖1。橋墩墩身為現(xiàn)澆混凝土C35，主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土C50，其余混凝土都為C40，支座為摩擦單擺式阻尼支座TJGZ-FPB-5000-0.3 g，該高鐵橋梁的抗震設(shè)防烈度8度（0.3 g），場(chǎng)地特征周期0.45 s，場(chǎng)地類別為III類。

本文分析中除采用該工程已在應(yīng)用的摩擦擺式支座外，還考慮將在建筑與普通橋梁中已應(yīng)用成熟的鉛芯橡膠隔震支座應(yīng)用到高鐵橋梁中。鉛芯橡膠支座具有優(yōu)越的隔震性能、較強(qiáng)極限剪切變形能力、阻尼比大、耗能強(qiáng)，鉛芯橡膠支座剪切位移是水平移動(dòng)，適應(yīng)了高速鐵路高平順的特點(diǎn)。鉛芯橡膠隔震支座在建筑、公路橋及普通鐵路橋已經(jīng)取得成功的應(yīng)用，在高鐵橋梁中應(yīng)用鉛芯橡膠支座是一種有意義的嘗試。

盆式橡膠支座具有結(jié)構(gòu)緊湊、技術(shù)成熟、傳力可靠的特點(diǎn)，對(duì)梁體不發(fā)生附加約束，轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)靈活是我國高速鐵路常用的橋梁支座之一［17］。本文在研究中對(duì)比采用盆式橡膠支座的地震響應(yīng)，以作為隔震橋梁的對(duì)比。

2　高鐵橋梁分析模型

橋墩墩身單元彈性模量取3.15×104MPa，主梁單元彈性模量取3.45×104MPa。其余單元彈性模量取3.25×104MPa。混凝土的泊松比都為ν=0.2，密度取2 450 kg/m3。該高鐵橋梁采用ABAQUS大型通用有限元軟件進(jìn)行建模計(jì)算分析。橋墩墩身纖維截面需用ABAQUS中的用戶子程序文件PQFiber定義材料，摩擦擺式支座、鉛芯橡膠支座均采用CONN3D2連接單元模擬，盆式支座采用彈性CONN3D2連接單元，CONN3D2連接單元既能模擬彈性連接單元也能模擬塑性變形的連接單元，其他構(gòu)件采用TimoshenkoB31梁單元模擬。在進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)在梁面加入184 kN/m的二期恒荷載，本文分析模型中未考慮樁基的影響。

2.1摩擦單擺式支座

2.1.1摩擦單擺式支座計(jì)算分析模型

根據(jù)摩擦擺式支座在地震中的滯回特性，其計(jì)算分析采用雙線性模型。摩擦擺單擺式支座在ABAQUS中采用CONN3D2連接單元，ABAQUS軟件中的CONN3D2連接單元可以通過設(shè)定屈服力以及屈服力后的塑性運(yùn)動(dòng)的比值來反應(yīng)屈服后剛度，而屈服前剛度可以在CONN3D2連接單元中的彈性剛度進(jìn)行設(shè)定。

2.1.2摩擦單擺式支座參數(shù)

該高鐵橋梁已在應(yīng)用的支座是摩擦單擺式阻尼支座TJGZ-FPB-5000-0.3 g，該支座的球面曲率半徑為1.5 m，球面摩擦系數(shù)為0.03，豎向設(shè)計(jì)承載力為5 000 kN，設(shè)計(jì)極限位移為80 mm。

摩擦擺式支座的等效剛度為：Keff=W/R+μ×W/ D，屈服力為：Qy=μW，屈服后剛度：K2=W/R。

摩擦擺式支座的初始剛度K1，根據(jù)美國經(jīng)驗(yàn)，可取2.5 mm位移時(shí)的等效剛度。

經(jīng)過上述的計(jì)算公式可以得到摩擦單擺式隔震支座參數(shù)，其參數(shù)如表1所示。

表1　摩擦單擺式隔震支座的參數(shù)表Table 1 Parameters list of FRP

2.2鉛芯橡膠隔震支座

本文根據(jù)該高鐵橋梁的工程使用情況設(shè)計(jì)了一種帶有四鉛芯高鐵橋梁橡膠隔震支座。

2.2.1鉛芯橡膠隔震支座計(jì)算分析模型

鉛芯橡膠支座在達(dá)到屈服力之前具有較大的水平剛度，屈服之后具有較小水平剛度，該支座的計(jì)算分析模型選用雙線性模型，該支座跟摩擦擺式座一樣，在ABAQUS中采用CONND3D2連接單元進(jìn)行模擬。

2.2.2鉛芯橡膠隔震支座設(shè)計(jì)

橡膠隔震支座已在建筑與普通橋梁的隔震中取得了巨大的成功。本文針對(duì)我國的高鐵橋梁，提出一種四鉛芯橡膠隔震支座。鉛芯橡膠支座的設(shè)計(jì)流程通常為確定橡膠支座的剪切模量，支座本體形狀，設(shè)計(jì)豎向承載力，設(shè)計(jì)剪切位移量，校核計(jì)算或優(yōu)化設(shè)計(jì)，若不滿足要求，可重復(fù)上述步驟。

本研究中設(shè)計(jì)豎向承載力為5 000 kN、設(shè)計(jì)剪切位移量為210 mm。由于受面壓值的限制，設(shè)計(jì)成較大的橡膠剪切模量1 MPa，面壓為10 MPa，鉛芯剪應(yīng)力為8.5 MPa。鉛芯橡膠支座選用直徑800 mm，支座總高為195 mm，加入的4個(gè)直徑為80 mm的鉛芯（如圖2），單層橡膠厚度15 mm，加勁鋼板厚度5 mm，封鋼板厚20 mm，鉛芯高度與直徑之比為1.5，支座含鉛量為4.4%，第一、二形狀系數(shù)分別為13和6.5。根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以計(jì)算出該支座的動(dòng)力參數(shù)，如表2所示。支座的極限剪切變形為300 mm。

圖2　鉛芯橡膠隔震支座Fig.2 LRB

表2　LRB支座的參數(shù)表Table 2 Parameters list of LRB

2.3盆式橡膠支座

盆式橡膠支座是高速鐵路常用的一種橋梁支座，在ABAQUS軟件中采用CONND3D2連接單元，與兩種隔震支座不同的是CONND3D2連接單元中只設(shè)定彈性剛度，其水平剛度取2×109N/m［18］。

2.4高鐵橋墩

橋墩的模擬是采用ABAQUS軟件中的用戶子程序，該用戶子程序既可以考慮橋墩中的混凝土也可以考慮橋墩中的鋼筋。橋墩中混凝土和鋼筋都是選用用戶子程序中的纖維模型，橋墩使用纖維模型進(jìn)行模擬對(duì)高鐵橋墩進(jìn)行非線性時(shí)程分析能取得很好的效果。

2.4.1橋墩中鋼筋纖維模型

ABAQUS軟件中的纖維梁單元是在用戶子程序中定義的材料。由于地震是往復(fù)的水平運(yùn)動(dòng)，所以該橋墩中鋼筋纖維模型采用的滯回模型為再加載剛度按Clough本構(gòu)退化的隨動(dòng)硬化單軸本構(gòu)模型。其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖3所示。

2.4.2橋墩中混凝土纖維模型

為了能夠真實(shí)客觀地計(jì)算分析該橋梁的地震響應(yīng)，所以該橋墩混凝土纖維模型采用考慮抗拉強(qiáng)度的混凝土骨架曲線的混凝土模型。此模型的特點(diǎn)是：受拉骨架線為全曲線；受拉卸載時(shí)指向原點(diǎn)；受壓骨架線為全曲線；卸載剛度隨歷史最大壓應(yīng)變的增大而減小，且不小于達(dá)到極限壓應(yīng)變時(shí)的卸載剛度。混凝土往復(fù)加載時(shí)的單軸應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖4所示。

ABAQUS的全橋空間分析模型如圖5。從左到右1至10為支座號(hào)，1#至6#為橋墩墩號(hào)。

圖3　往復(fù)加載時(shí)的單軸應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系Fig.3 Uniaxial stress-strain relationship with reciprocating loading

圖4　往復(fù)加載時(shí)的單軸應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系Fig.4 Uniaxial stress-strain relationship with reciprocating loading

圖5　高鐵橋梁三維有限元模型（單位:m）Fig.5 Finite element model of high-speed railway girder bridge（unit:m）

3　高鐵橋梁動(dòng)力特性

了解高鐵橋梁的自振特性是對(duì)橋梁進(jìn)行動(dòng)力分析的重要前提，對(duì)鉛芯橡膠支座橋梁、摩擦擺式支座橋梁、盆式橡膠支座橋梁進(jìn)行模態(tài)分析，得出對(duì)應(yīng)不同支座高鐵橋梁的自振周期及振型。高鐵橋梁的前十階自振周期如表3所示。高鐵橋梁采用鉛芯橡膠支座與盆式支座的振型圖分別如圖6和圖7所示。摩擦擺式支座的前十階振型與鉛芯橡膠支座類似，故不再累述。

表3　自振周期（單位：s）Table 3　Natural vibration period of bridge（unit:s）

圖6　鉛芯橡膠隔震支座橋梁振型圖Fig.6 Mode shape of isolated bridge using LRB

圖7　盆式支座橋梁振型圖Fig.7 Mode shape of bridge using pot bearing

由表3可知，普通盆式支座橋梁的自振周期為0.664 1 s，鉛芯橡膠支座與摩擦擺式支座橋梁的自振周期分別為1.563 8 s、1.398 4 s，使用隔震支座后橋梁的自振周期變長。隨著階數(shù)的增大橋梁振動(dòng)周期越來越接近，說明隔震支座主要影響橋梁前幾階模態(tài)對(duì)于高階振型影響較小。鉛芯橡膠支座橋梁的振型分別為第一階縱橋向一致平動(dòng)，第二階縱橋向向中間跨平動(dòng)，第三、四、五階縱橋向非一致平動(dòng)。盆式支座橋梁的振型分別為第一階整橋向上豎彎，第二至第四階非整橋豎彎、豎彎方向非一致，第五階整橋豎彎、相鄰跨依次反向豎彎。高速列車對(duì)橫向的位移非常敏感，考慮到高鐵橋梁上行車的安全性，故將高鐵橋墩橫行位移鎖住，在動(dòng)力分析中，采用三種類型支座的橋梁的振型都沒有橫向的變化，鉛芯橡膠支座與摩擦擺支座的振型主要是梁體的縱向平動(dòng)、橋墩縱彎，盆式支座橋梁主要與梁體的彎曲為主。

4　地震響應(yīng)分析

4.1地震波的選取

結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，取決于結(jié)構(gòu)本身的動(dòng)力特性以及輸入地震波的特性，因此選擇合理的地震波是進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析的基礎(chǔ)。本文中選取天津波、El Centro波以及一條人工波。3條地震波的功率譜如圖6所示。如圖8可知，天津波、El Centro波、人工波主頻分別為2.3 Hz、2.5 Hz、3.5 Hz，天津波的能量在頻率上主要分布在 ［0，5］Hz、El Centro波的能量在頻率上主要分布在 ［0，7］Hz、人工波的能量在頻率上主要分布在［0，9］Hz，三條地震波的能量在頻率上主要分布的范圍都包含了三種支座的前十階模態(tài)。

4.2高鐵橋梁隔震支座地震響應(yīng)

4.2.1高鐵橋梁隔震支座剪切變形

圖8　3條地震波的功率譜Fig.8 The power spectrum of three earthquake records

圖9　摩擦擺式支座剪切位移峰值圖Fig.9 FRP's peak shear displacement

圖10　鉛芯橡膠支座剪切位移峰值圖Fig.10 LRB's peak shear displacement

在順橋向地震波作用下，各橋墩上隔震支座的剪切變形峰值分別如圖9～10所示，邊墩支座的剪切變形都大于中間墩。如圖9可知，大震時(shí)三條地震波作用下摩擦擺支座的剪切變形都超過了極限變形（80 mm）。如表4可知，中震時(shí)天津波作用下摩擦擺支座的剪切變形超過了極限變形（80 mm），人工波作用下邊支座剪切變形也超過了極限變形 （80 mm）。如圖10所示，無論在大震還是中震作用下，鉛芯橡膠支座的剪切變形都沒有超過其極限變形 （300mm），故高速鐵路橋梁中采用鉛芯橡膠隔震支座相對(duì)更加安全。此外，摩擦擺支座滑動(dòng)面材料易老化、變形能力差、水平移動(dòng)時(shí)較難滿足高鐵橋梁的平順性要求，因此在高鐵橋梁中選用本文所提出的四鉛芯橡膠隔震支座是更為合適的方案。

4.2.2高鐵橋梁隔震支座滯回耗能

本文選取該高鐵橋梁3#橋墩內(nèi)測(cè)的鉛芯橡膠支座為例，在順橋向的各條地震波作用下該支座的滯回曲線如圖11所示。鉛芯橡膠支座在三條地震波作用下，滯回曲線飽滿，說明鉛芯橡膠支座具有優(yōu)越的耗能性能，鉛芯橡膠支座對(duì)于高鐵橋梁的抗震能夠發(fā)揮巨大的作用。從圖9中亦可知，不同的地震波作用下，支座的耗能不同，El Centro波的耗能較其他地震波小，天津波和人工波的耗能相近。天津波、El Centro波、人工波作用下支座的剪切位移峰值分別達(dá)到了105 mm、70 mm、90 mm，剪切變形分別達(dá)到了 87.5%、58.3%、75%。

表4　中震時(shí)摩擦擺支座剪切位移峰值表 （單位：mm）Table 4　FRP's peak shear displacement under mediateearthquake（unit:mm）

4.3高鐵橋梁橋墩地震響應(yīng)

4.3.1橋墩墩頂位移

圖11　地震作用下隔震支座的滯回曲線Fig.11 Hysteresis curve of LRB under the action of earthquake

圖12　橋墩墩頂位移Fig.12 Pier top displacement of the piers

對(duì)高鐵橋梁縱向地震波輸入進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，得到順橋向橋梁的橋墩墩頂位移峰值如圖10所示。由圖12可知，順橋向地震力作用下，采用盆式支座的橋墩墩頂位移峰值比采用鉛芯橡膠支座明顯大很多，其中采用盆式支座的橋墩墩頂位移峰值最大為190 mm，采用鉛芯橡膠支座的橋墩墩頂位移峰值最小為90 mm。說明隔震后橋梁能夠大大減少橋墩墩頂位移，大大提高了高鐵橋梁在使用中的安全性。對(duì)于采用隔震支座的高鐵橋梁墩頂位移來說，邊墩的墩頂位移大于中間墩的墩頂位移，不同的地震波具有不同的隔震效果，El Centro波最大的隔震效果達(dá)到了74.7%，最小的隔震效果達(dá)到了68.3%。天津波最大的隔震效果達(dá)到了71.4%，最小的隔震效果達(dá)到了53.1%。人工波最大的隔震效果達(dá)到了58.4%，最小的隔震效果達(dá)到了38.3%。

4.3.2橋墩彎矩與曲率

考慮順橋向地震動(dòng)作用下，高鐵橋梁橋墩墩底彎矩曲率的地震響應(yīng)。橋墩墩底因?yàn)樵诘卣鹆ψ饔孟乱壮霈F(xiàn)塑性變形，因此分析不同地震波作用下橋墩墩底的彎矩曲率的滯回曲線是有必要的。在三條地震波的大震作用下4#橋墩墩底的彎矩曲率曲線如圖13所示。

如圖13中可知，隔震橋梁橋墩的彎矩曲率曲線是一個(gè)極細(xì)的滯回曲線，近似一條斜直線，說明大震時(shí)隔震橋梁的橋墩保持基本彈性。大震時(shí)采用盆式支座的高鐵橋梁橋墩彎矩-曲率滯回環(huán)飽滿，說明橋墩進(jìn)入耗能塑性發(fā)展階段。對(duì)于盆式支座，大震人工波和El Centro波作用下橋墩最大的曲率都達(dá)到了0.005，大震天津波作用下橋墩最大曲率達(dá)到了0.003 8，而采用鉛芯橡膠支座的橋墩在天津波和人工波作用下曲率還沒有達(dá)到0.001，EL Centro波也支座剛達(dá)到0.001。隔震效果高達(dá)80%。不同的地震波對(duì)采用盆式橡膠支座的橋墩墩底彎矩-曲率滯回曲線的形狀影響非常大，如圖11（a2）、（b2）可知，兩個(gè)滯回曲線的形狀差異在第三象限較大，El Centro波作用下滯回曲線在第三象限相比于天津波其彎矩較小、曲率較大。如圖11（a2）、（b2）、（c2）可知，人工波作用下橋墩墩底彎矩-曲率滯回曲線的形狀與天津波、El Centro波作用下的滯回曲線形狀差異非常大，人工波作用下的滯回曲線形狀中第一象限近似一條直線、第三象限滯回曲線飽滿、滯回環(huán)有往左側(cè)跑的趨勢(shì)，由此可知在人工波作用下4#橋墩順橋向的一側(cè)沒有損壞，而另一側(cè)損壞嚴(yán)重，天津波和El Centro波作用下，橋墩兩側(cè)都有塑性變形但由于兩個(gè)滯回曲線的形狀都是不對(duì)稱故橋墩兩側(cè)塑性變形程度不一樣。

圖13　大震時(shí)3#橋墩彎矩曲率曲線Fig.13 Moment-curvaturecurve of the 3rd pier under strong earthquakes

5　結(jié)語

（1）使用隔震支座后橋梁的自振周期變長，鉛芯橡膠支座與摩擦擺支座的振型主要是梁體的縱向平動(dòng)、橋墩縱彎，盆式支座橋梁主要與梁體的彎曲為主。

（2）現(xiàn)有高鐵橋梁所采用的摩擦擺支座在強(qiáng)震下支座剪切變形容易超限，其抗震能力明顯不足，難以確保高速鐵路橋梁在強(qiáng)震下的安全性。

（3）采用盆式支座的高鐵橋梁在強(qiáng)震下其橋墩處于進(jìn)入大范圍的塑性耗能階段。

（4）本文建議采用鉛芯橡膠支座，針對(duì)高鐵橋梁設(shè)計(jì)的四鉛芯橡膠隔震支座，在地震作用下，支座滯回曲線飽滿，具有良好的減震性能，可望在高速鐵路橋梁的隔震中得到廣泛應(yīng)用。

（5）采用本文建議的鉛芯橡膠支座后，即便在大震下高鐵橋梁的橋墩仍能保持基本彈性，高鐵橋梁墩頂位移、墩底彎矩與曲率較非隔震高鐵橋梁均大幅度減少，高鐵橋梁的地震安全性得到大大改善。

［1］孫樹禮．高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)與實(shí)踐［M］．北京：中國鐵道出版社，2011.

［2］范立礎(chǔ)．橋梁抗震［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1997

［3］任鎮(zhèn)寰，羅振暖，秦乃崗，等．華南地震區(qū)地震活動(dòng)基本特征與地震大形勢(shì)再研究［J］．華南地震，1998，18 （1）：40-49.

［4］崔鑫．華南地區(qū)地震烈度衰減模型的建立［J］．華南地震，2010，30（2）：61-66.

［5］楊風(fēng)利．鐵路橋梁減隔震設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)參數(shù)研究［D］．北京：北京交通大學(xué)，2007.

［6］范立礎(chǔ)，王志強(qiáng)．橋梁減隔震設(shè)計(jì)［M］．北京：人民交通出版社，2001.

［7］Hwang J S，Sheng L H．Equivalent elastic seismic analysis of base isolated bridges with lead-rubber bearings［J］．Engineering Structures，1994，16（3）：201-209．

［8］Naeim F，Kelly J M．Design of seismic isolated structures: from theory to practice［M］．New York：John Wiley&Sons Inc，1999

［9］Anderson E L．Performance-based design of seismically isolated bridges［D］．Berkley：University of Califomia，2003.

［10］Warn C P，Whittaker A S．Performance estimates in seismicallyisolatedbridgestructure［J］．Engineering Structures，2004，26：1261-1278

［11］王麗，閻貴平，方有亮．隔震橋梁非線性地震反應(yīng)分析［J］．北方交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，26（1）：80-84.

［12］張貞閣，鐘鐵毅，王麗．鐵路連續(xù)橋梁鉛芯橡膠支座的減隔震研究［J］．中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，3（5）：41-45.

［13］陳永祁，楊鳳利，劉林．摩擦擺隔震橋梁的設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］．工業(yè)建筑，2009，39（增刊）：256-561

［14］莊軍生．橋梁減震、隔震支座和裝置［M］．北京：中國鐵道出版社，2012.

［15］陳令坤，蔣麗忠，王麗萍．高速鐵路鉛芯橡膠支座橋梁隔震研究［J］．華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，40（1）：77-81.

［16］夏修身，趙會(huì)東，歐陽輝來．高速鐵路橋梁基于摩擦擺支座的減隔震研究［J］．工程抗震與加固改造，2012，36（3）：21-26.

［17］胡 斌.基于靈敏度分析的模型修正方法在隔震橋梁的運(yùn)用［J］.華南地震，2014，34（Supp.Ⅰ）：53-56.

［18］吳華平，王立新，劉智.東莞松山湖區(qū)既有橋梁震害預(yù)測(cè)［J］.華南地震，2015，35（4）：37-42.

Study on Isolated High-Speed Railway Girder Bridge

WU Guobin，TAN Ping，WANG Bing，MA Ancai
（Earthquake Engineering Research&Test Center，Guangzhou University，Guangzhou 510504，China）

In order to improve the seismic safety of high-speed railway，the paper studies the typical practical high-speed railway girder bridge，introduces the seismic isolation technology.This paper presents a new isolation system，namely，rubber bearing with 4 lead cores，for the high-speed railway girder bridge.And different types of bearings are considered and simulated for comparison of seismic responses of high-speed railway girder bridge，including friction pendulum bearings and pot rubber bearings.The refined finite element model of a high-speed railway girder bridge with five spans is developed within the environment of ABAQUS.The bilinear model in analysis is used for friction pendulum bearings and lead rubber bearings，and the elastic model of largehorizontal stiffness is used for pot rubber bearings.Fiber model is used for concrete and steels.Responses of isolated high-speed girder bridge to a set of earthquake records are compared with those of the corresponding bridge with ordinary pot rubber bearings.The shear deformations of the presented LRBs are compared with those of the friction pendulum bearings.Research results show that the peak displacement of the pier-top，shear deformation，bending moment and curvature of the bottom of the bridge piers are reduced significantly in comparison with the bridge with ordinary pot rubber bearing.The presented isolation system can ensure the safety of high-speed railway girder bridge.

High-speed railway；High-speed railway girder bridge；Isolation；Bridge isolation；Lead rubber bearings

U442.55

A

1001-8662（2016）02-0032-09

10.13512/j.hndz.2016.02.006

2015-08-21

國家自然科學(xué)基金高鐵聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目（U1334209）；教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（IRT13057）

譚平（1973-），男，博士、研究員、博士生導(dǎo)師，主要從事工程抗震研究.

E-mail：ptan@foxmail.com.

吳國斌（1988-），男，碩士研究生，從事橋梁減隔震研究.

E-mail：986937398@qq.com.