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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用

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

        尹緒勝,姜 琴

        (1.山東省交通規(guī)劃設計院集團有限公司,山東 濟南 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)澆結構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。但這種結構形式,上部重量大,墩柱個數(shù)少,在地震作用下較不利。如采用延性體系設計,對于設置固定支座的橋墩,分擔了大部分上部結構慣性力,基礎按能力保護構件設計[1]時配筋困難。因此,在震區(qū)此類橋一般按照減隔震體系設計。

        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,構件均采用空間梁單元,支座采用一般連接模擬,采用節(jié)點彈性支承考慮樁-土作用、采用m 法計算土彈簧剛度,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,結構阻尼比0.05,采用規(guī)范反應譜為目標擬合3 條E2 地震加速度時程,見圖3。

        圖3 E2 地震加速度時程

        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,其恢復力模型見圖5。

        圖4 支座布置

        圖5 摩擦擺減隔震支座恢復力模型

        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鍵參數(shù)。選取的原則一般為隔震后結構周期一般要求大于原結構周期2 倍,通過延長結構的周期降低結構響應。

        本橋一階自振周期T1=2.12 s(順橋向振動),當R=5 時,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 非線性時程分析結果

        當采用3 組地震加速度時程計算時,結果取各組結果的最大值,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:設置普通支座時,P2 墩底順橋向彎矩約為其他墩的5 倍,該墩承擔了大部分上部結構慣性力作用;設置減隔震支座后,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:設置普通支座時,右墩墩底橫向彎矩約為左墩的10 倍,這是因為右墩的墩頂支座為橫向固定,承擔了大部分上部結構慣性力作用;設置隔震支座后,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。

        因為采用隔震支座后,結構周期延長,減小結構地震反應。摩擦擺減隔震支座的剪力銷剪斷以后,結構傳力路徑發(fā)生了變化,從“某幾個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的慣性力;但其他原本活動支座的橋墩彎矩也相應增大了較多,因此,采用減隔震支座的橋墩配筋時不宜區(qū)分固定墩或活動墩。

        3 結語

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

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