蔡報(bào)坤 朱 剛 郭文妹

(1廣州大學(xué)土木工程學(xué)院， 廣東 廣州 510006；2廣州大學(xué)基建處， 廣東 廣州 510006 )

0 引言

橋梁的傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法是通過提高橋梁的延性，利用結(jié)構(gòu)在大震作用下產(chǎn)生塑性鉸來消耗地震所產(chǎn)生的能量，而通過對(duì)塑性率的控制從而達(dá)到大震不倒的目的。而在小震以及中震情況下，橋梁抗震設(shè)計(jì)則是根據(jù)《抗震規(guī)范》所設(shè)置地“三水準(zhǔn)”要求。與傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)通過提高材料強(qiáng)度等手段來提高橋梁抗震能力不同，減隔震措施是通過增加結(jié)構(gòu)柔性和能量耗散能力來減少作用于結(jié)構(gòu)上的地震作用。鉛芯橡膠支座因?yàn)榫哂辛己玫暮哪苣芰Α?gòu)造簡(jiǎn)單以及良好的抗疲勞能力等特點(diǎn)成為橋梁最為行之有效的減隔震措施，成為橋梁減隔震方式的研究重點(diǎn)。

1 鉛芯橡膠支座構(gòu)造和減隔震原理

1.1 鉛芯橡膠支座的構(gòu)造

鉛芯橡膠支座是在橡膠支座的中部或者中心周圍豎直地壓入純度為 99.9%的鉛芯就形成了鉛芯橡膠支座。其主要組成部分包括鉛芯、底板、頂板、疊層橡膠以及鋼板等

1.2 鉛芯橡膠支座減隔震原理

在非地震情況下，鉛芯橡膠支座能夠在正常使用狀態(tài)下承受來自橋梁上部結(jié)構(gòu)的自重以及溫度荷載和混凝土的收縮徐變等作用，并且能夠?qū)蛄荷喜寇囕v引起的振動(dòng)起到減隔震效果。鉛芯橡膠支座滯回曲線（如圖1）飽滿，其吸收耗散振動(dòng)能量的功能是通過鉛芯的剪切變形來實(shí)現(xiàn)的，并且由于鉛芯的存在進(jìn)而增強(qiáng)了橡膠支座的阻尼，因而其具有較強(qiáng)的耗能能力。與此同時(shí)，鉛芯橡膠支座還能夠有效延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自振周期，從而減小結(jié)構(gòu)由于地震作用下引起的內(nèi)力響應(yīng)。

圖1 鉛芯橡膠支座滯回曲線

2 國(guó)內(nèi)外采用鉛芯橡膠支座橋梁應(yīng)用與研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外

鉛芯橡膠支座最早由新西蘭工程師羅賓遜提出。新西蘭是世界上最早將鉛芯橡膠支座應(yīng)用于橋梁工程的。新西蘭第一座采用鉛芯橡膠支座的橋梁是建于1973年的位于上哈特公路上的moonshine大橋，橋長(zhǎng)168米，其上部為預(yù)應(yīng)力曲線橋。[1]

美國(guó)第一座應(yīng)用鉛芯橡膠支座在橋梁上是在1984年對(duì)受地震破壞后的sierra point 大橋上。該橋建于1956年，200米長(zhǎng)，40米寬，采用鉛芯橡膠支座代替原來的剛性球鉸支座進(jìn)行隔震，采用鉛芯橡膠支座進(jìn)行隔震之后，使橋梁的柔性增加，延長(zhǎng)橋梁的固有周期，使橋墩在地震作用時(shí)承受的地震力較少了 1/6，起到了良好的減隔震效果。

日本是世界上地震頻率最高的幾個(gè)國(guó)家之一。日本第一次將鉛芯橡膠支座應(yīng)用到橋梁是應(yīng)用于建于1990年的宮川大橋[2]。該橋在合理布置鉛芯橡膠支座進(jìn)行減隔震之后，將地震作用于該橋的慣性力合理分配到該橋的橋墩和橋臺(tái)上。并且通過鉛芯橡膠支座的設(shè)置使得該橋的自振周期由 0.3秒左右增加到 0.8～1.2秒左右。

2.2 國(guó)內(nèi)

石家莊的石津渠中橋是我國(guó)第一座采用鉛芯橡膠支座的公路橋梁，該橋抗震設(shè)防烈度等級(jí)為7度，全長(zhǎng)共53米，標(biāo)準(zhǔn)孔徑16米，共有三個(gè)孔洞，一共設(shè)置了84個(gè)鉛芯橡膠支座。

而南疆鐵路則是我國(guó)第一個(gè)采用鉛芯橡膠支座進(jìn)行減隔震的鐵路橋梁，該橋全長(zhǎng)288米，每個(gè)孔徑為32米。在2003年該橋經(jīng)受住了6.2級(jí)地震的考驗(yàn)。

3 國(guó)內(nèi)對(duì)鉛芯橡膠支座研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

我國(guó)對(duì)鉛芯橡膠支座的研究始于 1990年左右，大量學(xué)者和科研人員投入其中，并且取得了一系列成果和結(jié)論。

周福霖等[3]在“設(shè)置限位器雙向隔震鐵路橋梁車橋藕合動(dòng)力響應(yīng)研究”中對(duì)利用鉛芯橡膠支座雙向隔震的鐵路橋梁在火車的沖擊作用下的力學(xué)性能進(jìn)行了研究，得出在常規(guī)設(shè)置鉛芯橡膠支座的情況下會(huì)導(dǎo)致橋梁在橫向的初始剛度和屈服強(qiáng)度無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過在支座處設(shè)置限位裝置，使得橋梁的力學(xué)性能得到極大改善。

莊軍生等[4]在“鉛芯橡膠支座的非線性動(dòng)態(tài)分析力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)研究”中對(duì)不同結(jié)構(gòu)構(gòu)造的鉛芯橡膠支座進(jìn)行非線性的力學(xué)參數(shù)分析，研究鉛芯橡膠支座的力學(xué)性能與構(gòu)造和外加動(dòng)荷載之間的關(guān)系，得出組合材料和構(gòu)造形式對(duì)鉛芯橡膠支座的力學(xué)性能起到?jīng)Q定性作用。并且得出彼此之間一系列回歸關(guān)系，為鉛芯橡膠支座的設(shè)計(jì)提供了一系列依據(jù)。

杜修力、韓強(qiáng)等[5]對(duì)方形的鉛芯橡膠支座進(jìn)行水平剪切實(shí)驗(yàn)的研究，確定方形鉛芯橡膠支座的屈服強(qiáng)度和等效阻尼比等數(shù)值與水平剪切力之間的函數(shù)關(guān)系和相關(guān)規(guī)律。得出此類形狀支座在雙向受力情況下具有良好的水平與豎向性能。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)高鐵的迅速發(fā)展和基礎(chǔ)工程的建設(shè)這一基本國(guó)情，并且我國(guó)屬于地震多發(fā)國(guó)之一，這就不可避免的要求我們?cè)谖磥淼臉蛄旱闹懈嗟目紤]行之有效的減隔震措施。鉛芯橡膠支座因?yàn)槠湟幌盗袃?yōu)點(diǎn)，成為橋梁減隔震中常用的方式方法之一。但是我國(guó)對(duì)于鉛芯橡膠支座的研究任然有很多方面需要進(jìn)行研究。

（1）現(xiàn)階段我國(guó)許多跨海跨江大橋在修建，而對(duì)海水腐蝕情況下鉛芯橡膠支座的力學(xué)性能研究較少；

（2）鉛芯橡膠支座在地震作用后如若有能力損失，能否找到行之有效的更換手段與措施。

[1]范立礎(chǔ) ，王國(guó)強(qiáng).我國(guó)橋梁隔震技術(shù)的應(yīng)用[J].振動(dòng)工程學(xué)報(bào).1991（1）:26-34.

[2]范立礎(chǔ) .橋梁抗震[M].同濟(jì)大學(xué)出版社.1997.18-38.

[3]溫留漢·黑沙 ，于芳，周福霖，文小菲.設(shè)置限位器雙向隔震鐵路橋梁車橋藕合動(dòng)力響應(yīng)研究[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào).2011, 6(31),616-621.

[4]吳彬，莊軍生，臧曉秋. 鉛芯橡膠支座的非線性動(dòng)態(tài)分析力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)研究[J].工程力學(xué). 2004,5（21）,144-149.

[5]杜修力，韓強(qiáng)，劉文光，趙建峰. 方形多鉛芯橡膠支座力學(xué)性能研究[J].地震工程與工程振動(dòng).2006, 2(26),125-130.