【摘 要】传统的桥梁抗震结构体系实际上是依靠结构本身的损坏而消耗大部分输入能量,是一种消极被动的抗震策略。桥梁的隔震设计是在基础与上部结构之间设置隔震支座(例如摩擦摆隔震支座),隔震支座产生较大的位移,同时上部结构基本为平动,上部结构的加速度响应可减小到传统抗震结构的1/5~1/10,甚至更少,可有效地减小地震产生的灾害。文章分析了桥梁橡胶支座的设计要点，并探讨了摩擦摆支座在桥梁抗震设计中的应用。
【关键词】摩擦摆支座；桥梁抗震；应用；分析
前言地震严重威胁着人类的生存，如何使结构能够抵御地震是人类面临的重大问题。桥梁支座作为桥梁结构受力的关键部件，有将桥面荷载传递到墩台的作用，并且要适应活载、温度、混凝土收缩等外部作用的变化。橡胶类隔震支座虽然在中小跨度桥梁中应用较广。但是板式橡胶支座不具备耗能机制，其滞回曲线狭长，耗能特性差。由于纯滑动隔震体系不具备恢复力而可能产生较大的残余位移，所以需要与有恢复力的构件联合使用。
1、摩擦摆支座的特性摩擦摆式支座是将滑动支座和钟摆的概念相结合，构成一种新的干摩擦滑移隔震装置。其滑动面是曲面，通过结构自重提供所需的自复位能力；FPS 隔震支座利用一个简单的钟摆机理延长结构的自振周期。如果ＦＰＳ隔震支座承受的荷载为W，水平位移为D，摩擦系数为μ，R 为滑动曲面的曲率半径，则水平力为：F＝W/Ｒ*D＋μW（sgnD）式中第１项为因承受质量沿曲面滑动上升所产生的水平向恢复力，水平刚度为Kh＝W/R；第2 项为滑块与滑动曲面相对滑动时产生的摩擦力。此外，由单摆周期公式T＝2π（R/g）（1/2）知此隔震结构的周期与承受的重力无关。采用库伦摩擦时FPS 支座仅受参数R 和μ 的控制，有以下2 个动力特性：①2 个水平方向的变形具有摩擦滑移特性；②滑动后在水平剪力方向具有刚度特征。
摩擦摆式支座通过摩擦耗能方式将地震能量转化为热能，同时通过摆式结构实现将能量转化为势能，延长结构基本自振周期，进而实现阻尼功效。摆式结构可以实现位移的自我恢复，提高了地震时的隔震性能，避免了震后调整工序，且由于相对体积较小，具有较为广泛的应用前景。
2、分析模型本文研究对象为一联（66＋2×108＋66）m 的变截面连续梁，重力式墙式墩、群桩基础，1、2 和5 号墩采用圆端型截面，墩高分别为11ｍ、6.5ｍ、10ｍ；3、4 号墩采用圆形截面，墩高15ｍ；引桥分别采用铁路标准40ｍ简支箱梁和32ｍ简支Ｔ梁。引桥采用常规支座，主桥支座分别采用常规盆式橡胶支座方案（P3 墩设置固定支座，其余各墩设置单向支座）和主桥各墩均设置FPS 支座的隔震方案，以杆系单元模拟主梁、桥墩的力学性能，以六弹簧模拟桩土相互作用，利用空间有限元软件SAP2000 建立集中质量模型，以双线性Plastic Wen 单元模拟FPS 支座，并进行非线性时程分析。
3、桥梁橡胶支座的设计要点的分析3.1 桥梁支座的布置支座的布置形式要结合桥梁的结构进行设计，不科学的支座布置会缩短支座的使用时限。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所以，在支座布置设计时，一定要按照实际情况进行：当桥梁上部结构为空间结构时，支座除了要稳定的传到水平力和垂直力，还要能够承受桥梁因受力而引发的变形力；支座应能够抵抗在使用过程中因桥梁的变形而导致的各种应力的影响；当桥梁位于坡道上，固定支座一般需安装在下坡道上；路程较长的桥梁，固定支座要安装在桥梁的中间，增强桥梁两边的承受力。对简支桥梁一端设固定支座，另一端设活动支座；如公路T 形桥梁，特别是桥面较宽的桥梁，支座设置在可以控制桥梁横面变形的地方。
3.2 隔震结构分布设计《规范》中采用分部设计方法和水平向减震系数这两个概念来考虑隔震结构。隔震结构分部设计法是将隔震体系分为上部结构、隔震层、下部结构以及基础四个部分。
3.3 上部结构设计上部结构的设计是利用水平向减震系数来实现的。水平向减震系数定义为设防烈度下，结构隔震与非隔震时各层层间剪力比的最大值，它代表了采用隔震设计时的减震效果。
3.4 隔震层的设计隔震层的设计应根据预期的水平向减震系数和位移控制要求，选择适当的隔震支座以及为抵抗地震微震动与风荷载提供的部件组成隔震层。隔震层的平面布置应对称，并设置在受力较大的位置。隔震层的验算包括竖向的承载能力和水平向的位移。
4、摩擦摆支座在桥梁抗震设计中的应用当受到地震作用时，摩擦摆支座开始滑动，此时摩擦摆支座能够使减隔震体系的水平刚度中心和上部结构的质量中心保持一致，能够极大的减小结构扭转反应。摩擦摆减隔震支座将建筑物以地面隔离开，充分利用滑块和滑动面之间的摩擦来消耗地震能量，大大减小上部结构地震能量的输入。但是，和橡胶支座一样，摩擦摆减隔震支座也有其缺点，一般的摩擦摆支座没有竖向抗拔能力，支座受拉力作用时，滑块和盖板两者之间很容易脱离。轻型结构建筑物由于自重较小，结构在风载或者是地震作用下，摩擦摆支座由于拉力其盖板和滑块可能就会脱离，使建筑物倾覆，造成严重后果。
4.1 纯摩擦减隔震系统(P-F)该系统是一种纯摩擦型的基底滑移减隔震系统，上部结构和基础之间设有摩擦板或者砂垫层，地震作用下通过滑移摩擦来耗散地震能量，是最简单的一种减隔震措施，该减隔震结构有一个缺点，就是地震作用下没有限位功能，会有一定的残余位移，由于其形式简单，工程造价较低，工程施工上比较容易实现。
4.2 恢复力―摩擦减隔震系统(R-FBI)这种减隔震系统由橡胶和摩擦板两部分共同组成，摩擦板通过摩擦消耗地震能量，橡胶受到水平作用变形后具有很好的弹性恢复能力，自动复位能力较强，但是这种减隔震技术工程造价很高，不利于减隔震技术的向工程实践推广，有待进一步的深入研究。
4.3 滚轴减隔震滚轴减隔震是滚动减隔震的一种形式，在建筑物基础和上部结构之间有两层相互垂直的滚轴，滚轴在椭圆形的沟槽内滚动、摩擦，消耗地震能量，但是这种减隔震结构自身不能提供弹性恢复力，缺少自动复位性能，使得由于滚动所产生的位移无法恢复。为了解决这个问题，西安建筑科技大学的姚谦峰教授等专家学者提出了一种改进的减隔震系统，叫做球形基础减隔震系统，该系统具有一定的自动复位能力，他们对该减隔震系统进行了较为深入的研究和探讨。
4.4 摩擦摆减隔震系统(FPS)摩擦摆减隔震系统是一种经过改良的摩擦滑移减隔震装置，减隔震装置中滑道和滑块半径相同，滑道是一个凹形不锈钢做的球形表面，滑块是一个向下凸起滑移块，表面涂有一层特殊的材料（Teflon 材料），其中凹形球面能够提供弹性恢复力，是建筑物上部结构能自动复位，地震作用后的残留位移也可以得到有效控制。
5、结束语一个良好的减隔震支座必须具备如下特性:良好的竖向、水平向的承载力,具有回复力和较强的耗能能力,适应一定温度和车辆动荷载和保持支座稳定的能力。实验室设计的减隔震支座要广泛应用在实际结构中必须良好地解决上述问题。随着人们对结构地震反应的进一步认识,及新材料、新工艺的进一步发展,新的减隔震设计思路,和新的减隔震支座也会不断出现。要使桥梁减隔震支座技术更加实用,桥梁减隔震的设计理论有待进一步发展,应尽快制定适合我国国情和材料性能特点的减震桥梁设计规范。
参考文献：[1]焦驰宇；胡世德；管仲国；FPS 抗震支座分析模型的比较研究[J]. 振动与冲击,2011;34(10)
论文作者:唐普查
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年5月总第198期供稿
论文发表时间:2015/9/11
标签：支座论文; 摩擦论文; 结构论文; 桥梁论文; 水平论文; 位移论文; 橡胶论文; 《工程建设标准化》2015年5月总第198期供稿论文;