許鑫祥,陳士通,張茂江,李 然

(1.石家莊鐵道大學河北省交通應(yīng)急保障工程技術(shù)研究中心,石家莊 050043； 2.石家莊鐵道大學國防交通研究所,石家莊 050043； 3.石家莊鐵道大學土木工程學院,石家莊 050043)

連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)簡單，行車舒適，養(yǎng)護費用較低，在我國鐵路運輸中得到了廣泛應(yīng)用。然而，中小跨度鐵路連續(xù)梁橋的一聯(lián)只設(shè)置一個固定墩來滿足溫度荷載引起的梁體變形需求，地震作用下上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的縱向地震荷載全部由固定墩承擔[1-2]，這不僅導致了固定墩彎剪破壞，而且增加了梁體縱向位移，易造成伸縮縫和支座破壞，甚至引發(fā)落梁等嚴重震害[3-4]。對于道岔區(qū)中小跨度鐵路連續(xù)梁橋而言，地震作用還易導致軌道結(jié)構(gòu)發(fā)生屈曲、失穩(wěn)等現(xiàn)象[5]，對橋梁正常運營造成嚴重影響。

為減小橋梁地震損傷，國內(nèi)外學者通過研發(fā)各種減震裝置來提高連續(xù)梁橋抗震性能。劉正楠等[6]探究了在鐵路連續(xù)梁橋上應(yīng)用摩擦擺支座后減震體系的受力狀態(tài)；張常勇等[7]進一步分析了應(yīng)用摩擦擺支座時連續(xù)梁橋地震能量反應(yīng)；董俊等[8]提出一種大跨鐵路橋梁金屬限位減震裝置，并對其力學性能進行探究；白全安[9]提出一種新型減隔震限位裝置，并對其在鐵路橋梁上的適用性做了深入探究；Lock-up裝置也稱為速度鎖定器，其激活狀態(tài)與體系速度有關(guān)[10-11]，全偉等[12]以一座長聯(lián)公鐵兩用鋼桁梁橋為例，分析了Lock-up裝置的減震性能；李鋒等[13-14]提出了加速度激活的IFA裝置，深入探究了裝置工作原理及對連續(xù)梁橋工作性能的影響，并對比分析Lock-up裝置和IFA裝置的減震效果，發(fā)現(xiàn)IFA裝置的工程環(huán)境適用性更強；陳士通等[15]提出了一種加速度激活的鎖死銷減震裝置，探究了裝置減震機理；張文學等[16]進一步分析了鎖死銷裝置在非規(guī)則連續(xù)梁橋上應(yīng)用時的減震效果；FANG等[17-18]進一步通過振動臺模型試驗對鎖死銷主要參數(shù)進行了優(yōu)化，還提出了一種橋梁安全帶裝置，采用數(shù)值模擬和振動臺試驗相結(jié)合的方式對其減震機理進行了探究；許鑫祥等[19]提出一種位移激活的分階段適時連接控制裝置(Multi-stage Timely Connection Control，簡稱MTC)，其結(jié)構(gòu)簡單，可靠性較高。

已有研究已表明，在活動墩上安裝MTC裝置可提高連續(xù)梁橋抗震性能[19]，但已有研究多以大跨度連續(xù)梁橋為分析對象，針對中小跨度鐵路連續(xù)梁橋的減震研究尚未有涉及。中小跨度鐵路連續(xù)梁橋多出現(xiàn)于道岔區(qū)，地震發(fā)生時如其出現(xiàn)損傷現(xiàn)象，將影響整個鐵路網(wǎng)絡(luò)的正常運行。在前述研究基礎(chǔ)上，進一步對MTC裝置的合理布設(shè)方案進行深入探究：對連續(xù)梁橋MTC減震體系進行理論分析，并以某道岔區(qū)7跨連續(xù)梁橋為例，采用數(shù)值模擬分析了MTC裝置在不同布設(shè)方案下的減震效果及橋梁地震響應(yīng)情況，得到了布設(shè)位置和布設(shè)數(shù)量對其影響的一般規(guī)律。研究結(jié)果可為MTC裝置在中小跨鐵路連續(xù)梁橋上的應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 MTC裝置

MTC裝置安裝在活動墩與梁體之間，是一種利用墩梁相對位移激活的減震裝置，主要部件有水平連桿、鎖緊螺母、限位裝置(軟鋼擋板、金屬橡膠及彈簧)和連接牛腿，如圖1所示。限位裝置分為Ⅰ區(qū)限位裝置和Ⅱ區(qū)限位裝置，均與活動墩相連。水平連桿穿過限位裝置的空心區(qū)域，兩端與固定在梁體上的牛腿鉸接。鎖緊螺母與Ⅰ、Ⅱ區(qū)限位裝置之間分別預(yù)留間隙Δ1和Δ2，且Δ1<Δ2。

圖1 MTC裝置構(gòu)造及力學模型

地震力作用下，裝置激活時，限位裝置與鎖緊螺母接觸，活動墩與梁體通過限位裝置中的軟鋼擋板等實現(xiàn)彈性連接，二者相對運動受到限制，進而使活動墩參與抵抗水平地震力，同時，實現(xiàn)耗能減震(在彈簧壓縮至一定程度后，軟鋼擋板和金屬橡膠發(fā)生形變，三者共同消耗地震能量)。橋梁正常運營狀態(tài)下，連續(xù)梁橋的最大墩梁相對位移小于Δ1，裝置不激活；中小震作用下，墩梁相對位移大于Δ1，Ⅰ區(qū)限位裝置激活；地震力進一步增大時，墩梁相對位移超過Δ2，Ⅱ區(qū)限位裝置激活，此時Ⅰ、Ⅱ區(qū)限位裝置同時發(fā)揮減震耗能作用。根據(jù)裝置應(yīng)用場地條件及墩高、跨度等橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)置合理的MTC裝置參數(shù)(激活間隙、限位剛度)，并選擇合理布設(shè)方案，即可根據(jù)地震力大小實現(xiàn)分級減震，取得較好的減震效果。

圖1(c)為裝置力學模型，Δi、fsi、ci(i=1、2)分別為Ⅰ、Ⅱ區(qū)限位裝置的激活間隙、屈服力、阻尼；kmn(m=1、2；n=1、2)代表限位剛度值，其中，m=1、2分別代表Ⅰ、Ⅱ區(qū)限位裝置，km1、km2+km3、km3分別代表限位裝置中的彈簧剛度、軟鋼擋板和金屬橡膠組合的初始剛度、軟鋼和金屬橡膠組合的屈服后剛度。

2 連續(xù)梁橋MTC減震體系理論分析

順橋向地震荷載作用下，橋墩不考慮軸向變形時，地震荷載幾乎全部來源于上部結(jié)構(gòu)，因此，可將安裝MTC裝置的連續(xù)梁橋簡化為上部梁體提供質(zhì)量m，固定墩和安裝MTC裝置的活動墩提供抗側(cè)移剛度的單自由度體系進行理論分析，簡化體系如圖2所示。c為體系阻尼；N為安裝MTC裝置的活動墩個數(shù)；MTC裝置激活后，第i個活動墩與MTC裝置串聯(lián)后的剛度為kslide，i，固定墩所提供剛度為kfix。

圖2 簡化單自由度體系

以基底剪力為例，對各活動墩與固定墩墩底響應(yīng)極值進行分析，該體系運動方程為

(1)

(2)

式中，ω為該體系自振圓頻率；ξ為結(jié)構(gòu)阻尼比。已知基底最大彈簧力為

fs，max=kv(t)max

(3)

將式(2)代入式(3)得

(4)

又知

(5)

將式(5)代入式(4)，則最大彈簧力可表示為

(6)

式中，Spa為譜絕對加速度，即結(jié)構(gòu)自振周期對應(yīng)的地震波加速度反應(yīng)譜譜值[20]，表達式為

(7)

因此，連續(xù)梁橋整體剪力響應(yīng)最大值為

Qmax=mSpa

(8)

地震力在各橋墩之間按抗側(cè)移剛度分配，第i個活動墩剪力極值用Qslide，i表示，固定墩剪力極值用Qfix表示。則有

(9)

(10)

(11)

設(shè)kpier，i為第i個活動墩自身剛度，kMTC，i為安裝在第i個活動墩上的MTC裝置介入剛度，則活動墩與MTC裝置串聯(lián)后剛度為

(12)

聯(lián)立式(8)～式(12)即可得連續(xù)梁橋在地震荷載下固定墩及安裝MTC裝置的活動墩墩底剪力極值表達式，如式(13)、式(14)所示。

(13)

(14)

由式(13)、式(14)可知，對任意連續(xù)梁橋MTC減震體系而言，活動墩地震響應(yīng)大小由活動墩剛度、MTC裝置剛度、MTC裝置布設(shè)數(shù)目及地震波反應(yīng)譜譜值確定；固定墩地震響應(yīng)大小由固定墩自身剛度、活動墩剛度、MTC裝置剛度、MTC裝置布設(shè)數(shù)目及地震波反應(yīng)譜譜值確定。對墩高相差不大的中小跨度鐵路連續(xù)梁橋而言，各墩間剛度相差較小，各活動墩上的MTC裝置剛度設(shè)置相同時，固定墩及活動墩地震響應(yīng)主要由地震波反應(yīng)譜及MTC裝置布設(shè)數(shù)目確定。

3 工程概況及分析模型

為探究MTC裝置在小跨鐵路連續(xù)梁橋上應(yīng)用時，減震效果受布設(shè)方案影響情況，選取圖3所示7×32 m道岔區(qū)鐵路連續(xù)梁橋為分析對象。該橋梁體采用單箱雙室斜腹板等高度箱梁，梁高3.1 m，箱梁頂寬12.79 m，底寬6.85 m，梁體混凝土彈性模量為3.45×107kN/m2；橋墩采用圓端形截面，截面積15.47 m2，縱向抗彎慣性矩10.28 m4，墩身混凝土彈性模量為3.15×107kN/m2，橋墩高度20 m。采用ANSYS軟件建立全橋有限元模型進行地震反應(yīng)分析，梁和墩均采用beam3單元模擬(輸入箱梁及橋墩材料、截面特性)，固定支座及活動支座采用耦合命令模擬，MTC裝置采用combine40和link1單元組合模擬，其中，彈簧單元模擬裝置的阻尼特性與剛度特性根據(jù)裝置材料及尺寸，阻尼系數(shù)為2 000 N·s/m，連桿單元為輔助單元，通過對其應(yīng)用“生死單元法”以控制裝置在地震作用下的激活，分析時未考慮樁土效應(yīng)，故橋墩與地面按固接處理，假定梁、墩處于彈性范圍內(nèi)，以便于分析MTC裝置對橋梁的減震效果。

圖3 連續(xù)梁橋跨布置示意(單位：m)

采用表1所示工況，以便分析裝置減震效果。工況1為原橋模型，即5號墩設(shè)固定支座，其他墩縱向均設(shè)滑動支座；工況2～工況13為設(shè)置MTC裝置的模型，即按相應(yīng)布設(shè)方案在2號、3號、4號、6號、7號活動墩墩頂設(shè)置MTC裝置。以減震率λ表示MTC裝置對固定墩的減震效果，為

(15)

式中，Rmax，1為工況1最大地震響應(yīng)參數(shù)；Rmax，i為工況i(i=2～13)最大地震響應(yīng)參數(shù)。

表1 MTC裝置布設(shè)方案

為探究MTC裝置減震適用性，在四類場地條件中各取5條地震波順橋向輸入。圖4所示為20條地震波的加速度反應(yīng)譜，所選地震波種類豐富，可模擬較為普遍的地震狀況。

圖4 加速度反應(yīng)譜

4 布設(shè)方案對MTC裝置減震影響

4.1 布設(shè)位置影響

為探究在小跨鐵路連續(xù)梁橋上應(yīng)用時，不同布設(shè)位置下MTC裝置的減震情況，以表1所示布設(shè)數(shù)目為3時的9種布設(shè)方案(工況6～工況13+工況4)為分析對象，為保證不同布設(shè)位置下MTC裝置介入相同的剛度值，以橋墩抗側(cè)移剛度為基準，以η1、η2分別表示Ⅰ區(qū)限位剛度與活動墩抗側(cè)移剛度比、Ⅱ區(qū)限位剛度與Ⅰ區(qū)限位剛度之比，本節(jié)中將η1設(shè)為4，η2設(shè)為8，Ⅰ區(qū)激活間隙設(shè)為0.015 m，Ⅱ區(qū)激活間隙設(shè)為0.02 m，地震波峰值加速度調(diào)至0.3g。圖5給出20條波輸入下固定墩墩底剪力、彎矩及梁端位移減震率均值。

圖5 MTC裝置不同布設(shè)位置下減震率

由圖5可得如下結(jié)論。

(1)9種布設(shè)位置下固定墩剪力、彎矩及梁端位移減震率均在30%以上，說明MTC裝置具有較強的適用性，在不同布設(shè)位置均可有效提高鐵路連續(xù)梁橋的抗震性能。

(2)各種固定布設(shè)位置下固定墩剪力、彎矩及梁端位移減震率略有差別，說明MTC裝置的應(yīng)用不但可降低固定墩發(fā)生彎剪破壞的可能性，而且能夠有效地減小梁體縱向位移，起到保護支座和伸縮縫的作用。

(3)距固定墩較遠的布設(shè)方案(236、237號)減震效果稍好于緊鄰固定墩的布設(shè)方案(467、346、267、234號)，但整體而言，9種布設(shè)位置下的減震率數(shù)值相差不大，固定墩剪力、彎矩及梁端位移減震率極差分別為2.72%、2.64%、2.59%。說明MTC裝置在中小跨鐵路連續(xù)梁橋上應(yīng)用時，布設(shè)位置對其減震效果的影響極小，實際應(yīng)用時可將裝置布設(shè)在距固定墩較遠位置，以取得最優(yōu)效果。

為探究不同布設(shè)位置，MTC裝置激活后對橋梁整體地震響應(yīng)的影響，表2給出連續(xù)梁橋各墩底剪力、彎矩極值之和及主振型所對應(yīng)的自振周期。

表2 橋梁整體地震響應(yīng)及自振周期

由表2可得如下結(jié)論。

(1)地震力作用下，安裝MTC裝置連續(xù)梁橋的剪力、彎矩響應(yīng)明顯大于未安裝MTC裝置連續(xù)梁橋。其原因在于，MTC裝置發(fā)揮作用后增大了連續(xù)梁橋縱向剛度，縮短了橋梁自振周期，與原橋結(jié)構(gòu)相比，增大了對應(yīng)的反應(yīng)譜譜值，進而導致整橋地震響應(yīng)增大。

(2)9種布設(shè)位置下，連續(xù)梁橋自振周期基本相等；剪力響應(yīng)在19.897×103～20.320×103kN內(nèi)變化，彎矩響應(yīng)在35.664×104～36.672×104kN·m內(nèi)變化，變化范圍極小，說明MTC裝置布設(shè)數(shù)目一定時，布設(shè)位置變化對中小跨鐵路連續(xù)梁橋整體地震響應(yīng)基本無影響。

為驗證上述結(jié)論的合理性及有限元模型的可靠性，以墩底剪力為例，基于前述理論分析進行驗證。鑒于所述7跨鐵路連續(xù)梁橋在9種工況下MTC裝置布設(shè)數(shù)目均為3，即N=3；各橋墩截面性質(zhì)相同，抗側(cè)移剛度均以kpier表示，即kpier，i=kpier，kfix=kpier；各活動墩上MTC裝置剛度設(shè)置相同，均以kMTC表示，即kMTC，i=kMTC，設(shè)工況j下連續(xù)梁橋自振周期對應(yīng)的譜絕對加速度為Spa，j，將各參數(shù)代入式(8)、式(13)、式(14)，整理得工況j下的剪力響應(yīng)情況為

Qmax=mSpa，j

(16)

(17)

(18)

由式(16)～式(18)可知，決定該鐵路連續(xù)梁橋整體及各墩地震響應(yīng)變量為地震波譜絕對加速度Spa，j，同一條地震波輸入下，其值由結(jié)構(gòu)自振周期確定。由表2可知，MTC裝置布設(shè)數(shù)目相同時，不同布設(shè)位置下的連續(xù)梁橋自振周期基本相等，因此，不同布設(shè)位置下橋梁整體地震響應(yīng)及固定墩減震率理論上相差極小。數(shù)值模擬得到的結(jié)果與這一結(jié)論相符，證明了用本文所建立的有限元模型進行MTC裝置減震分析切實可行。

4.2 布設(shè)數(shù)目影響

由式(13)、式(14)可知，MTC裝置布設(shè)數(shù)目不同時，地震作用下參與抵抗水平地震力的活動墩數(shù)目不同，故介入總剛度不同，減震效果將有較大差別，因此，有必要對不同布設(shè)數(shù)目下MTC裝置減震效果進行探究。

鑒于MTC裝置剛度分區(qū)設(shè)置以適應(yīng)不同地震動情況下的減震需求，首先分析中小震下僅Ⅰ區(qū)限位裝置參與減震時布設(shè)數(shù)目的影響情況。分析時地震波峰值加速度調(diào)至0.1g，以模擬中小震作用，裝置Ⅰ區(qū)激活間隙設(shè)為0.015 m，Ⅱ區(qū)激活間隙設(shè)一較大值以保證其不參與減震。圖6給出Ⅰ區(qū)不同限位剛度情況下，連續(xù)梁橋固定墩剪力、彎矩及梁端位移減震率三者均值與MTC裝置布設(shè)數(shù)目關(guān)系曲線(各地震波下均值)。

圖6 PGA=0.1g減震效果

由圖6可得如下結(jié)論。

(1)同一限位剛度時，布設(shè)數(shù)目越多，MTC裝置減震效果越好；但不同限位剛度取值時，布設(shè)數(shù)目對減震效果的影響差別較大，介入剛度較小時，4種布設(shè)數(shù)目間減震率離散程度較小，隨著介入剛度增大，4種布設(shè)數(shù)目間的減震率離散程度增加，如η1=2時，減震率極差為7.679%，η1=20時達到16.612%。說明Ⅰ區(qū)限位剛度設(shè)置較大時，減震效果對MTC裝置布設(shè)數(shù)目變化更加敏感。

(2)MTC布設(shè)數(shù)目較少時，減震率隨剛度增加呈先升后降趨勢；布設(shè)數(shù)目較多時，減震率隨剛度增加呈遞增趨勢，說明布設(shè)數(shù)目對Ⅰ區(qū)限位剛度取值范圍有較大影響，布設(shè)數(shù)目較少時，需較為精確地控制MTC剛度，對于抗震設(shè)計略有不便。

為探究地震力進一步增大作用下，Ⅰ、Ⅱ區(qū)限位裝置同時參與減震時，布設(shè)數(shù)目對MTC裝置減震效果影響，取中小震作用下能較充分發(fā)揮減震效果的剛度比η1=4并保持不變，改變η2觀察MTC裝置減震效果。分析時地震波峰值加速度調(diào)至0.3g，以模擬地震力進一步增大情況，Ⅰ、Ⅱ區(qū)激活間隙分別設(shè)為0.015 m和0.02 m。圖7給出Ⅱ區(qū)不同限位剛度情況下，減震率與布設(shè)數(shù)目關(guān)系曲線。

圖7 PGA=0.3g減震效果

分析圖7可得如下結(jié)論。

(1)不同剛度設(shè)置情況下，減震效果均隨著MTC布設(shè)數(shù)目的增多而加大，說明MTC裝置增多有助于降低大震下固定墩地震響應(yīng)和梁端位移。

(2)MTC裝置布設(shè)數(shù)目取不同值時，其減震效果受Ⅱ區(qū)限位剛度影響較小，初期隨η2增加出現(xiàn)小幅增大，后期基本保持穩(wěn)定狀態(tài)，說明Ⅱ區(qū)限位剛度取值較為寬泛。

(3)綜合圖6、圖7可知，MTC裝置介入剛度之和相同時，布設(shè)數(shù)目較多時減震效果優(yōu)于布設(shè)數(shù)目較少時的減震效果。如布設(shè)數(shù)目為2，η1=4時，減震率為18.691%；布設(shè)數(shù)目為4，η1=2時，減震率為19.032%。其原因在于固定墩地震響應(yīng)由各活動墩剛度kpier，i、固定墩剛度kfix、MTC裝置介入剛度kMTC，i和譜絕對加速度Spa決定，在中小跨鐵路連續(xù)梁橋中，MTC裝置介入總剛度相同情況下，布設(shè)數(shù)目較少時固定墩分配到的水平地震力更多。說明實際工程中總剛度設(shè)置相同時，將剛度分散設(shè)置到更多MTC裝置上，可起到更優(yōu)減震效果。

(4)結(jié)合圖6、圖7分析結(jié)果可見，由于MTC裝置布設(shè)數(shù)目較少時減震率整體較低，且對Ⅰ區(qū)限位剛度取值范圍要求較為苛刻，故建議中小跨度連續(xù)梁橋應(yīng)用MTC裝置減震時，其布設(shè)數(shù)目不宜小于n/2(n為活動墩數(shù)量)。如對本文連續(xù)梁橋而言，布設(shè)數(shù)目為4、5時，中小震下可普遍取得20%以上減震率，地震力進一步增大作用下可取得35%以上減震率，均起到較優(yōu)減震效果，且剛度取值范圍較為寬泛。

MTC裝置的應(yīng)用增大了活動墩受力，激發(fā)了活動墩抗震潛能，但是布設(shè)不當還可能增大連續(xù)梁橋整體地震響應(yīng)，因此，除固定墩減震效果，MTC裝置對橋梁整體地震響應(yīng)的影響同樣需要關(guān)注。由理論分析可知，整體地震響應(yīng)受地震波頻譜特性影響較大。此處選取3種典型地震波：LIVERMORE波、ELCENTRO波和EMC_FAIRVIEWAVE_90_w波進行仿真分析，探析布設(shè)數(shù)目對橋梁整體地震響應(yīng)的影響，分析時取η1=4，η2=8，PGA=0.3g。表3給出3條地震波輸入下橋梁固定墩與活動墩墩底剪力、彎矩極值之和。

由表3可知，LIVERMORE波、ELCENTRO波、EMC_FAIRVIEWAVE_90_w波輸入下，隨著MTC裝置布設(shè)數(shù)目增多，連續(xù)梁橋整體剪力、彎矩響應(yīng)分別呈遞減、遞增、先減后增的變化趨勢。由前述理論分析中式(13)、式(14)可知，其原因在于，布設(shè)數(shù)目的增多增大了連續(xù)梁橋縱向剛度，縮短了橋梁自振周期，自振周期對應(yīng)的地震波反應(yīng)譜譜值也發(fā)生變化。若連續(xù)梁橋MTC減震體系的周期變化區(qū)間恰好處于地震波反應(yīng)譜的單調(diào)變化區(qū)段，則體系整體地震響應(yīng)呈遞增/減趨勢(如本例中LIVERMORE波、ELCENTRO波)；若周期變化區(qū)間處于反應(yīng)譜劇烈震蕩階段，則續(xù)梁橋MTC減震體系整體地震響應(yīng)隨MTC裝置數(shù)目變化規(guī)律性不強(如本例中EMC_FAIRVIEWAVE_90_w波)。說明MTC裝置布設(shè)數(shù)目增多并非一定增大連續(xù)梁橋整體地震響應(yīng)，具體影響情況與地震波頻譜特性相關(guān)。

表3 不同布設(shè)數(shù)目下橋梁整體地震響應(yīng)

5 布設(shè)方案綜合對比

由前述分析可知，MTC裝置在中小跨鐵路連續(xù)梁橋上應(yīng)用時，布設(shè)位置對其減震效果及連續(xù)梁橋整體地震響應(yīng)影響極小，故此處采用雷達圖分析法開展不同布設(shè)數(shù)目下裝置減震性能綜合對比。取4種布設(shè)數(shù)目下均可充分發(fā)揮較優(yōu)減震效果的剛度比：僅Ⅰ區(qū)限位裝置激活(地震波峰值加速度0.1g)時，η1=4、η2=0；Ⅰ、Ⅱ區(qū)限位裝置共同作用(地震波峰值加速度0.3g)時，η1=4、η2=8。綜合評判指標中應(yīng)包含連續(xù)梁橋固定墩地震響應(yīng)、活動墩地震響應(yīng)及橋梁整體地震響應(yīng)情況，故選取各布設(shè)方案所對應(yīng)的固定墩墩底剪力、彎矩，梁端位移響應(yīng)，4號活動墩墩底剪力、彎矩響應(yīng)及各墩總剪力、彎矩響應(yīng)作為MTC裝置減震效果綜合評判指標，并按相應(yīng)響應(yīng)最大值進行歸一化處理，得到圖8所示4種布設(shè)數(shù)目下結(jié)構(gòu)響應(yīng)雷達圖。圖中，越接近“1”表示地震響應(yīng)越大，越接近“0”則響應(yīng)越小。

圖8 結(jié)構(gòu)響應(yīng)雷達圖

由圖8可得如下結(jié)論。

(1)無論中小震還是大震作用下，布設(shè)數(shù)目越多，固定墩剪力、彎矩、梁端位移響應(yīng)越小，即MTC裝置減震效果越好。

(2)按最大值歸一化處理后，與其他評判指標相比，不同布設(shè)數(shù)目下整體剪力、彎矩響應(yīng)更為接近，因此，選擇MTC裝置布設(shè)數(shù)目時可將橋梁整體地震響應(yīng)作為次要評判指標進行參考。

(3)對于單個活動墩而言，布設(shè)數(shù)目越多，地震響應(yīng)越小(如4號活動墩)，其原因是布設(shè)數(shù)目增多使更多活動墩參與抵抗水平地震力，分配至單個活動墩的地震力有所降低。說明適當增加布設(shè)數(shù)目，可在取得更好減震效果的同時降低單個活動墩地震響應(yīng)。

(4)兩種峰值加速度下，布設(shè)數(shù)目為4、5時雷達圖面積較小，即在未過多增大橋梁整體響應(yīng)及單個活動墩受力情況下實現(xiàn)了較好減震效果。進一步說明MTC裝置布設(shè)數(shù)目大于活動墩數(shù)目的1/2時，可取得更好的綜合效果。

6 結(jié)論

(1)在中小跨鐵路連續(xù)梁橋上設(shè)置MTC裝置后，可根據(jù)地震力大小實現(xiàn)分級減震，一定程度上降低固定墩剪力、彎矩和梁端位移，取得一定減震效果，但減震效果受裝置布設(shè)方案影響，實際工程中應(yīng)注意選擇合理的MTC裝置布設(shè)數(shù)目及布設(shè)位置。

(2)MTC裝置應(yīng)用于中小跨度鐵路連續(xù)梁橋且布設(shè)數(shù)目一定時，布設(shè)位置對減震效果及橋梁整體地震響應(yīng)影響較小，為獲得最佳減震效果，應(yīng)盡量在距固定墩較遠的活動墩上布設(shè)MTC裝置。

(3)MTC裝置在中小跨鐵路連續(xù)梁橋上應(yīng)用時，布設(shè)數(shù)目較多時減震效果普遍較好，但考慮不過多增大單個活動墩受力及橋梁整體地震響應(yīng)，建議布設(shè)數(shù)目大于活動墩數(shù)目的1/2，以取得較優(yōu)減震效果。

(4)布設(shè)數(shù)目變化對連續(xù)梁橋整體地震響應(yīng)有所影響，影響情況與地震波頻譜特性相關(guān)。