■蔡成奇
(福州路信公路设计有限公司，福州 350002)
摘要以某座三跨连续梁为例，运用Midas civil有限元分析软件对普通盆式 橡胶支座、铅芯橡胶支座和摩擦摆支座的地震响应进行研究。结果表明，采用铅芯橡胶 支座和摩擦摆支座可以通过降低结构低阶自振周期，有效降低墩底内力。连续结构中 隔震体系比抗震体系受力更为合理。铅芯橡胶支座和摩擦摆支座隔震性能较为接近， 但考虑支座竖向承载力和耐久性，摩擦摆支座具有较大的优势。
关键词连续梁盆式橡胶支座铅芯橡胶支座摩擦摆支座地震响应
0引言
连续梁桥的抗震设计，一般分为抗震体系和隔震体
应。通过对比分析不同体系下桥梁的受力特点，为类似的 工程提供参考。1
工程项目背景
福州某快速路高架桥，跨径为(3伊35 )m+(37+40+40)m+ (3x35)m连续箱梁桥，取第二联进行结构计算，桥型布置 详见图1。箱梁顶宽16.5m，底宽10.5m，梁高2.2m，箱梁 截面为单箱双室结构。桥墩采用花瓶墩，墩底截面为 1.8mx1.5m矩形截面，墩顶截面为2.15mx1.5m矩形截面，
系两种方式。采用抗震设计的做法是采用加大桥墩刚度 和强度，以抵抗地震力的影响。采用减隔震设计的做法是 通过设置减隔震支座，以延长桥梁低阶自振周期，减少上 部结构地震力的传递。为更好了解减隔震支座对结构体 系的影响，本文通过对盆式橡胶支座，铅芯橡胶支座和摩 擦摆支座进行对比分析，研究不同支座下结构的地震响
图1桥型布置图(单位:cm)
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桥墩高度为7.6m;承台为工字型承台，顺桥向长6.5m，横 桥向7.5m,承台高2.2m,详见图3;柱基为1.5m钻孔灌注桩，桩长60m，横断面详见图2。
以本桥为例，采用以下三种支座方案(表1)对结构进 行受力分析：
表1支座方案方案一
方案二
方案三
采用支座盆式支座
铅芯橡胶支座摩擦摆支座
2
减隔震技术原理
在地震荷载作用下，地震力通过基础和桥墩传递给
梁部，引起梁部的晃动。对于常规桥梁，桥墩越高，墩顶位 移越大。在地震中，梁部的地震惯性力很大，上部的地震 力往下以剪力形式进行传递，当剪力值超过支座容许值， 造成支座破坏和落梁的地震灾害。
桥梁的自振周期由基础、桥墩、支座和梁部四个部分 的刚度决定。减隔震支座自身刚度较低，可以有效降低桥 梁的自振周期，同时减隔震支座可以很好将地震力消耗
福建交通科技2017年第6期50]
掉，降低梁部传递下来的地震剪力，减少下部结构造价。 2.1普通盆式支座
普通盆式支座传递上部结构地震力，且地震力主要 集中在固定支座，通过支座把地震力传递给下部结构，下 部结构本身采用增加刚度和强度的方式去抵抗地震力。 2.2铅芯橡胶支座
铅芯橡胶支座(LRB)是由铅芯、钢板以及橡胶组成， 在地震力作用下，铅芯屈服，支座刚度减小。其减震原理 主要是增加结构柔性，延长结构的振动周期来达到减震 效果。同时，由于铅的屈服应力较低，并在塑性变形条件 下具有较好的疲劳特效，可以起到阻尼消能的作用。2.3摩擦摆减隔震支座
摩擦摆支座减震原理主要是当地震发生且支座水平 力大于支座设计容许水平力，摩擦摆支座的水平限位装 置剪断，支座进入滑动状态。结构的振动周期延长，结构 受到的地震力大幅度减少，同时，设计滑动面与滑块之间 的摩擦可以起到消能作用。通过隔离和消减上部结构的 地震力的方式，促使上部结构地震力减少对下部结构的 影响，减少下部结构的投资造价。3
桥梁分析模型建立
本文米用Midas/civil建立该桥三维有限兀模型，其 中主梁、横梁采用梁单元模拟，桥墩、承台采用柱单元模 拟，桩基础米用m法进行土弹黄模拟。盆式支座米用弹 性支承模拟，铅芯橡胶支座和摩擦摆支座采用滞回系统 模拟，全桥模型及支座简化模型详见图4和图5。
图4
全桥有限元模型
墩
墩
墩
盆式支座(固定)
铅芯橡胶支座
摩擦摆支座
图5三种支座简化模型
4地震动荷载输入
桥梁场地位于福州市某地区，抗震设防烈度为7度，
从表2可以看出，采用隔震支座后，可以显著降低结 构低阶自振周期，采用铅芯橡胶支座和摩擦摆支座后，1 阶自振频率分别为0.386Hz和0.257Hz，同普通支座对 比，分别降低了 37.43%.和58.33%。5.2墩台顶支反力分析
连续梁在3#号墩采用固定支座，该墩所受的地震荷 载最大。因此，减隔震支座的目标是减少3#号墩的地震 荷载。通过建立结构模型，对三种不同支座，单项地震力 作用下的支座反力进行分析，结果详见表3院
从表3可以看出，铅芯橡胶支座和摩擦摆支座可以 有效降低单项地震力，竖向力减隔率分别为67.56%■和 62.57%.，顺桥向水平力减隔率分别为57.73%.和58.46%.， 横桥向水平力减隔率分别为41.56%.和34.30%。5.3下部结构内力对比
抗震体糸和隔震体糸在地震作用下的内力见表4和 表5。根据表4,采用普通盆式支座，连续梁墩底顺桥向最
场地类型为芋类，震动峰值加速度值为0.10g，基本地震 动加速度反应谱特征周期为0.45s。
根据《公路桥梁抗震设计细则》，抗震设防类别为B 类，抗震重要系数Ci为1.7。采用反应谱法对模型进行分 析。水平加速度反应谱曲线详见图6院
5抗震结果对比
对结构进行模态分析，根据分析结果，对比不同支座
大剪力和弯矩分别为3938.7kN和30181.0kN.m，横桥向 大剪力和弯矩分别为2624.1kN和9768.7kN，m;采用铅 芯橡胶支座，连续梁墩底顺桥向最大剪力和弯矩分别为 1173.0kN和8786.1kN.m，横桥向大剪力和弯矩分别为 1405.2kN和3991.0kN，m;采用摩擦摆支座，连续梁墩底
摩擦摆支座频率(Hz)0.2569890.2888660.3455632.6714563.238533.611463.7929114.7336074.7920154.923379
顺桥向最大剪力和弯矩分别为1125.8kN和8939.8kN-
5.1自振特性对比
类型下结构前10阶的自振频率，详见表2。
表2
阶次12345678910
结构前10阶自振频率
铅芯橡胶支座频率(Hz)0.3859170.9935671.8083562.6717193.2385743.7929794.1625344.9015765.0007125.002199
普通盆式支座频率(Hz)0.6167621.1886521.8544532.6718583.239183.7933524.166244.797836.2954856.349
m，横桥向大剪力和弯矩分别为1568.1kN和3523.0kN- m。减隔震支座均可以有效减低上部结构的地震力，铅芯
橡胶支座顺桥向和横桥向隔震率分别为70.93%_和 59.15%.;摩擦摆支座顺桥向和横桥向隔震率为70.38%.和 65.45%。采用减隔震支座后，结构可以满足抗震要求。
桩顶反力对比，通过表6可以发现，采用减隔震支 座，可以让整个结构体系平均承担地震力，有效减少连续 梁最大桩顶反力（地震产生的拉力），减隔率分别为 45.54%和 45.48%。6
结论
本文通过连续梁采用不同类型支座进行研究，得到 以下主要结论院
_________________________表3
顺桥向
普通盆式支座
铅芯橡胶支座
最大地震作用效应组合下墩顶反力________________________________横桥向
摩擦摆支座
普通盆式支座
铅芯橡胶支座
摩擦摆支座
N(kN)
1#墩顶
6419.3
Q(kN)
265.04966.6
N(kN)
4089.212978.9
Q(kN)
419.66776.66776.5419.6
N(kN)
1483.46820.214834.92227.2
Q(kN)
654.45062.96659.6614.6
N(kN)
6419.318473.839638.96345.5
Q(kN)
5293.59358.79002.94853.4
N(kN)
4089.212978.912860.34017.6
Q(kN)
5910.85469.65405.25806.5
N(kN)
1483.46820.214834.92227.2
Q(kN)
1017.85305.55914.6579.2
2#墩顶18473.8
3#墩顶39638.916032.612860.34# 墩顶
6345.5
264.4
4017.6
51福建交通科技2017年第6期
表4地震组合下顺桥向墩底内力
顺桥向
普通盆式支座
N(kN)
Q(kN)
M(kNm)
N(kN)
铅芯橡胶支座
Q(kN)
M(kNm)
N(kN)
摩擦摆支座
Q(kN)
M(kNm)
2#墩底(左墩）2#墩底(右墩）3#墩底(左墩）3#墩底(右墩）
11314.011311.810268.410270.3
408.0408.03938.73938.6
2172.5 2172.5 30181.0 30180.3 表5
10533.010533.09536.89536.8
1173.01173.01171.51171.5
8786.18786.18774.78774.7
9964.49964.48865.68865.6
490.0490.01125.81125.8
3012.13012.18939.88939.8
地震组合下横桥向墩底内力
横桥向
普通盆式支座
N(kN)
Q(kN)
M(kN.m)
N(kN)
铅芯橡胶支座
Q(kN)
M(kN.m)
N(kN)
摩擦摆支座
Q(kN)
M(kN.m)
2# 墩底(左墩)2# 墩底(右墩)3# 墩底(左墩)3# 墩底(右墩)
11314.011311.810268.410270.3
2317.32119.62624.12149.2
9004.9 9768.7 9171.9 8448.8 表6
10533.010533.09536.89536.8
1405.21405.21299.41299.4
3991.03991.03748.33748.3
9964.49964.48865.68865.6
1333.01333.01568.11568.1
3374.93374.93523.04837.9
地震组合下粧顶反力
铅芯橡胶支座
maxN(kN)
minN(kN)
普通盆式支座
maxN(kN)
minN(kN)
摩擦摆支座
maxN(kN)
minN(kN)
1#
2#桩顶反力
2#3#4#1#
3#桩顶反力
2#3#4#
4567.694562.134562.284567.939887.089876.739876.519886.91
-9881.15-9877.05-9892.38-9896.56-14735.7-14729
-14715.7-14721.5
3197.713181.533181.533197.713153.753166.563166.563153.75
-8519.19-8509.85-8509.85-8519.19-8000.91-8013.36-8013.36-8000.91
1740.771736.351736.351740.773177.443167.893167.893177.44
-7064.01-7061.88-7061.88-7064.01-8022.9-8016.33-8016.33-8022.9
采用两种减隔震支座均可以有效降低结构的基 此此类连续梁桥宜采用摩擦摆支座作为隔震措施。
参考文献频，摩擦摆支座比铅芯橡胶支座效果更为显著。
(2)
[1] 采用减隔震支座可以有效降低顺桥向桥墩墩底
叶爱君，管仲国.桥梁抗震(第二版）[M].北京:人民交通出版社，
(1)
总剪力、总弯矩、最大剪力、最大弯矩和最大桩顶拉力，同 时可使各墩承担的内力分布更均匀。与普通支座相比，隔 震体系内力值低于抗震体系，结构受力较为合理经济。
(3)
座，均有显著的隔震效果且结果较为接近，但从支座承载 力及耐久性方面考虑，摩擦摆支座优于铅芯橡胶支座，因
2002.
[2] .范立础.桥梁抗震.同济大学出版社，1997:206-209
[3] 许莉，祁皑.多跨混凝土连续梁桥隔震措施研究[J].桥梁建设， 2014,44(2) ：32-36.
肖祥南.大跨度连续刚构桥抗震方法比较研究[J].中国市政工程，
在隔震体系中，采用摩擦摆支座和铅芯橡胶支 [4]
2012(3 )：80-82.
福建交通科技2017年第6期问
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