摘要：经济的不断发展加快了城市化进程，城市化水平越高，地震产生的危害便越大，特别是桥梁这个生命线工程，一旦因地震而遭受破坏，将会给人们带来不可预知的损失，若加重次生灾害，则损失会进一步加大，因此应科学地进行桥梁的抗震性能设计。本文将从梁桥的抗震设计主要理论出发，阐述当前高阻尼的橡胶支座概况，探究以高阻尼橡胶支座为基础的地震响应比较分析，希望为相关人员提供一些帮助和建议，让连续梁桥具备更好的抗震性能，不断增加使用安全性。
关键词：抗震性能；连续梁桥；橡胶支座
引言：自然灾害包括地震、泥石流、海啸、沙尘暴、洪涝等，具有不可抗拒的特点，而桥梁在人们赖以居住的城市中作为交通生命线，这使得桥梁抗震设计一直都是桥梁相关工程的重要研究内容和领域。我国曾发生过多次大型地震，很多连续梁桥都出现了垮塌、碰撞、落梁等情况，使得灾后重建、抗震救灾等工作遭受巨大阻碍。由此可见，增强梁桥抗震性能十分重要，因此，研究以高阻尼橡胶支座为基础的地震响应比较分析具有一定现实意义。
一、梁桥的抗震设计主要理论
现阶段，国内在桥梁的抗震设计方面没有制定明确的规范，设计人员通常参考公路的抗震设计规范来展开抗震设计。对连续梁桥进行抗震设计时一般会使用减隔震设计、延性设计、强度设计这三种理论。第一，连续梁桥以强度设计理论为基础进行抗震设计。这一理论主要是将梁桥重要构件尺寸增加，以此实现让连续梁桥提升抗震性能这一目的，不过容易浪费材料，有时该理论无法充分满足抗震设计要求。第二，连续梁桥以延性设计理论为基础进行抗震设计。这一理论主要是将塑性铰事先设置在桥墩底部等连续梁桥的构件中，借助塑性铰具有的延性来实现连续梁桥减震耗能这一目的，然而，塑性铰的设计较为繁琐、复杂，并且在地震后的修复工作十分困难。第三，连续梁桥以减隔震设计理论为基础进行抗震设计。这一理论主要是把减隔震装置安装到连续梁桥中，使其结构的刚度降低、阻尼增加，从而达到减震耗能这一目标。使用减隔震的装置后，其它的连续梁桥构件能够得到较强抗震性能，使得理论在所有抗震设计的理论中逐渐变成重点研究内容。近年来，减隔震装置的发展逐渐趋于成熟，出现了一种高阻尼的橡胶支座，并得到了人们的广泛关注，相关人员针对梁桥抗震性能受该支座的影响展开了一系列研究，并借助参数分析不断优化和改善该支座。
二、当前高阻尼的橡胶支座概况
近年来，高阻尼的橡胶支座得到了国内与国外的大量使用，该支座在实际使用中也可以经受住地震考验，相关学者曾对其进行大量研究。部分学者曾系统性地开展该支座力学性能的试验，对其剪切刚度、阻尼、水平刚度、竖向刚度进行研究。部分学者曾借助地震动力相关分析程序对连续梁桥运用高阻尼橡胶时具体减震能效。部分学者曾展开该支座的隔震效果和力学性能试验。本文主要分析梁端位移、支座响应、动力特性、墩底弯矩、内力对比等内容。
高阻尼的橡胶支座在配制过程中使用的橡胶材料相对特殊，并且它的构造、形状等与一般的橡胶支座没有区别。该支座不但具有叠层橡胶支座具备的优良力学性能，而且阻尼比也较高，如果遇到地震，高阻尼的橡胶会发生水平方向位移，通过滞回耗能与剪切变形将地震的能量吸收，让桥梁下部结构与上部结构二者地震运动被隔离，同时使结构延长自振的周期，让地震的作用力大大减小，从而达到隔震与减震等功能。相关人员曾针对高阻尼的橡胶支座制作了滞回曲线，从滞回曲线中观察可得，若变形相对较小，那么曲线就会呈现出非线性的特点，并且和位移历程、变形大小、反复次数有一定关系。进行分析模型的构建过程中，应选取等效线模型（也叫作等效刚度模型或等效阻尼比模型），也可选取具有一定复杂性的恢复能力模型，而后一项计算的滞回模型应选取双线性修正模型。
三、以高阻尼橡胶支座为基础的地震响应比较分析
应针对连续梁桥构建动力分析的模型。应将桩基离散、桥墩、主梁当成梁单元，把承台模拟成质点，桩顶节点与墩底节点采取主从约束。应对桩土效应进行考虑，土体借助弹簧模拟，将刚度特性与阻尼特性的影响忽略不计，并且弹簧刚度在取值时应参照“M”法来进行[1]。应把纵向的固定支座设置在三号墩，把纵向的滑动支座设置在其余墩，将此情况确定为常规的方案，同时，把高阻尼的橡胶支座设置到全部墩顶，将此情况确定为高阻尼的方案，从而展开连续梁桥主要抗震性能受到高阻尼的橡胶支座影响。另外，在高阻尼的橡胶支座中，边支座具有17000千牛/米的弹性刚度、352千牛的屈服力、3000千牛/米的屈后刚度。中支座具有28600千牛/米的弹性刚度、626千牛的屈服力、6300千牛/米的屈后刚度。针对这一动力分析的模型，应通过输入非线性的时程，来进行连续梁桥地震效应与动力特性的计算。
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（一）梁端位移
应分析高阻尼方案、常规方案的梁端位移情况，制作二者的梁端位移曲线。经过分析发现，在常规方案中，梁端位移的最大值是0.445米，在高阻尼方案中，梁端位移的最大值是0.156米。由此我们能够发现，若使用高阻尼的方案，能够让梁端在地震作用下产生的相对位移大大减小，减小的梁端位移幅度约有三分之二左右。
（二）支座响应
应分析高阻尼的橡胶支座表现出的地震响应，制作该支座的滞回曲线（即位移-荷载曲线）。经过分析发现，高阻尼的橡胶支座有较强非线性特性，并且减隔震的装置可以有效耗散地震能量。
（三）动力特性
在高阻尼方案与常规方案下，通过计算连续梁桥具备的动力特性，可以从计算结果中发现：在常规方案中，一阶的纵向振动频率是0.233赫兹，在高阻尼方案中，一阶的纵向振动频率是0.394赫兹。经过进一步的分析可以得出，若使用常规方案，那么纵向的连续梁桥固定墩仅为3号，在一阶纵向上，3号墩、主梁具有振动表现。若使用高阻尼方案，那么纵向的连续梁桥和不同墩之间都表现出弹性约束的情况，在一阶纵向上，全部桥墩和主梁具有振动表现。
（四）墩底弯矩
除以上几点外，还应分析高阻尼方案、常规方案的墩底弯矩情况，制作二者的墩底弯矩曲线[2]。经过分析发现，在常规方案中，墩底弯矩的最大值是221000千牛/米，在高阻尼方案中，墩底弯矩的最大值是77600千牛/米。由此我们能够发现，若使用高阻尼的方案，能够让墩底在地震作用下产生的内力有效减小，减小的墩底弯矩幅度约有三分之二。
（五）内力对比
对比连续梁桥的一、二、三、四、五号桥墩底部内力。当一号和五号桥墩具有墩底剪力时，高阻尼方案比常规方案增加了百分之十，桥墩受力相对增加，将上部结构地震力进行了一定分担，当二号、三号、四号桥墩具有墩底剪力时，高阻尼方案比常规方案减少了百分之三十，让桥墩受力有效减少，增强了每个桥墩的受力合理性。通过制作墩底弯矩的响应曲线，高阻尼方案的墩底弯矩和常规方案相比大大减少，约为百分之三十左右，并且具有明显的减隔震效果。
四、抗震性能的比较分析结果
连续梁桥这种桥梁形式在我国十分常见，该桥梁抗震的问题始终是桥梁设计难点与重点。将高阻尼的橡胶支座安装于连续梁桥后，展开高阻尼方案和常规方案的比较分析可以发现，高阻尼方案能够将连续梁桥具备的动力特性改变，具体表现在伴随纵向的整体结构刚度增大，纵向上会增加一阶的振动频率。同时，若实施高阻尼的方案，固定墩产生的地震弯矩与连续梁出现的地震位移大大减少，二者减幅约为三分之二左右。整体来看，高阻尼方案这一抗震设计具有较高的可行性与合理性。
从以上分析结果中我们不难发现，当发生地震后，高阻尼的橡胶支座比普通橡胶支座的抗震整体效果更好，上部结构形成的地震力几乎平均分配，对不同桥墩抗震的能力进行了充分应用，具有较强的隔震效果[3]。与此同时，在地震的作用力下，普通橡胶支座会有位移超限情况且梁端出现较大的位移，不能符合连续梁桥的抗震需要，因此，当处于高烈度区时，不适合使用普通橡胶支座。对高烈度区对连续梁桥展开抗震设计的过程中，使用高阻尼的橡胶支座是一个十分有效的抗震途径。
结语：总而言之，研究以高阻尼橡胶支座为基础的地震响应比较分析具有十分重要的意义。相关人员应对梁桥的抗震设计主要理论有一个全面把握，了解当前高阻尼的橡胶支座概况，并以高阻尼橡胶支座为基础的地震响应比较分析，详细分析高阻尼方案、常规方案下连续梁桥的梁端位移、支座响应、动力特性、墩底弯矩、内力对比等，从而意识到高阻尼橡胶支座优越性，更好地将其应用到梁桥抗震设计中，推动我国桥梁工程的长期、稳定发展。
参考文献：
[1]陈百奔,冯仲仁,王雪锋.抗震支座在高烈度区域曲线连续梁桥减震设计中的应用[J].公路,2017,62(10):90-97.
[2]贾毅,赵人达,邱新林，等.高烈度地震区大跨长联连续梁桥抗震分析及性能评价[J].防灾减灾工程学报,2017,37(04):681-688.
[3]王海良,张铎,刘中宪，等.基于IDA的钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥抗震易损性分析[J].世界地震工程,2015,31(02):76-86.
论文作者:吴超
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/28
标签：支座论文; 阻尼论文; 橡胶论文; 方案论文; 弯矩论文; 位移论文; 刚度论文; 《基层建设》2019年第6期论文;