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        摩擦擺減隔震支座在現(xiàn)澆大懸臂箱梁橋中的應(yīng)用

        2022-03-26 10:33:38尹緒勝
        山東交通科技 2022年1期
        關(guān)鍵詞:順橋墩底慣性力

        尹緒勝,姜 琴

        (1.山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南 250031;2.煙臺公路路網(wǎng)數(shù)據(jù)采集中心,山東 煙臺 264000)

        引言

        隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,越來越多的城市修建高架快速路以緩解交通擁堵問題。城區(qū)現(xiàn)狀路網(wǎng)密,管線、小區(qū)、企業(yè)等控制因素多,采用大懸臂現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)使得橋跨布置更靈活,橋下布置地面道路也可節(jié)約用地,典型斷面見圖1。但這種結(jié)構(gòu)形式,上部重量大,墩柱個(gè)數(shù)少,在地震作用下較不利。如采用延性體系設(shè)計(jì),對于設(shè)置固定支座的橋墩,分擔(dān)了大部分上部結(jié)構(gòu)慣性力,基礎(chǔ)按能力保護(hù)構(gòu)件設(shè)計(jì)[1]時(shí)配筋困難。因此,在震區(qū)此類橋一般按照減隔震體系設(shè)計(jì)。

        圖1 現(xiàn)澆大懸臂箱梁橫斷面/m

        1 有限元模型建立

        1.1 有限元模型

        典型橋跨布置為3×30 m,采用有限元軟件Midas Civil 2020 模擬,構(gòu)件均采用空間梁單元,支座采用一般連接模擬,采用節(jié)點(diǎn)彈性支承考慮樁-土作用、采用m 法計(jì)算土彈簧剛度,建立前后2 聯(lián)以考慮相鄰聯(lián)影響,見圖2。

        圖2 全橋有限元模型

        1.2 地震動輸入

        橋梁抗震設(shè)防烈度7度(0.1 g),場地類別為Ⅲ類,場地特征周期0.45 s,結(jié)構(gòu)阻尼比0.05,采用規(guī)范反應(yīng)譜為目標(biāo)擬合3 條E2 地震加速度時(shí)程,見圖3。

        圖3 E2 地震加速度時(shí)程

        1.3 支座參數(shù)

        非隔震支座采用彈性連接模擬,支座布置見圖4;摩擦擺減隔震支座采用一般連接模擬,其恢復(fù)力模型見圖5。

        圖4 支座布置

        圖5 摩擦擺減隔震支座恢復(fù)力模型

        隔震半徑?jīng)Q定了支座的隔震周期,是摩擦擺減隔震支座的關(guān)鍵參數(shù)。選取的原則一般為隔震后結(jié)構(gòu)周期一般要求大于原結(jié)構(gòu)周期2 倍,通過延長結(jié)構(gòu)的周期降低結(jié)構(gòu)響應(yīng)。

        本橋一階自振周期T1=2.12 s(順橋向振動),當(dāng)R=5 時(shí),摩擦擺系統(tǒng)隔震周期,體系周期T=4.96 s,為隔震前的2.2 倍,滿足要求。初始剛度,屈后剛度,等效剛度,支座參數(shù)見表1。

        表1 隔震支座剛度參數(shù)

        2 非線性時(shí)程分析結(jié)果

        當(dāng)采用3 組地震加速度時(shí)程計(jì)算時(shí),結(jié)果取各組結(jié)果的最大值,P1~P4 墩底彎矩對比見表2、表3。

        表2 右墩底順橋向彎矩對比

        表3 左、右墩底橫橋向彎矩對比

        通過表2 可以看出:設(shè)置普通支座時(shí),P2 墩底順橋向彎矩約為其他墩的5 倍,該墩承擔(dān)了大部分上部結(jié)構(gòu)慣性力作用;設(shè)置減隔震支座后,P2 橋墩順橋向彎矩減小了56%,其他橋墩彎矩相應(yīng)增大,但各墩墩底的順橋向彎矩較為均衡。

        通過表3 可以看出:設(shè)置普通支座時(shí),右墩墩底橫向彎矩約為左墩的10 倍,這是因?yàn)橛叶盏亩枕斨ё鶠闄M向固定,承擔(dān)了大部分上部結(jié)構(gòu)慣性力作用;設(shè)置隔震支座后,右墩墩底橫橋向彎矩減小74.9%,左墩的墩底橫向彎矩增大,但左、右墩墩底彎矩較為均衡。柱頂位移、墩底剪力與彎矩的規(guī)律基本一致。

        因?yàn)椴捎酶粽鹬ё?,結(jié)構(gòu)周期延長,減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。摩擦擺減隔震支座的剪力銷剪斷以后,結(jié)構(gòu)傳力路徑發(fā)生了變化,從“某幾個(gè)墩傳遞大部分的慣性力”轉(zhuǎn)變?yōu)椤案鞫諈f(xié)同受力”,從而大大降低了橋墩在支座固定方向所承擔(dān)的慣性力;但其他原本活動支座的橋墩彎矩也相應(yīng)增大了較多,因此,采用減隔震支座的橋墩配筋時(shí)不宜區(qū)分固定墩或活動墩。

        3 結(jié)語

        大懸臂現(xiàn)澆箱梁采用減隔震支座,一方面通過延長結(jié)構(gòu)周期減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng);另一方面改變了E2 地震作用下結(jié)構(gòu)的傳力路徑,各墩協(xié)同受力,極大改善了結(jié)構(gòu)的抗震性能。但也要注意原本設(shè)置活動支座的橋墩內(nèi)力較之前會增大,配筋時(shí)應(yīng)該按照能力保護(hù)構(gòu)件的要求統(tǒng)一配筋。

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