衡水LRB减震支座实用效果分析

1 模型建立

　　本文所计算桥梁为3跨混凝土连续梁桥，全长300m，跨径为(85+130+85)m，桥面宽12.7m。桥梁采用单箱单室断面，箱梁根部断面高度7m，跨中及边跨合拢段断面梁高2.7m，箱梁底板下缘按圆曲线变化。下部构造为独柱式桥墩，桥墩基础为钻孔灌注嵌岩桩基础;桥台均为重力式桥台，扩大基础。桥墩截面4m×6m实腹长方形截面，墩身高40m，墩底与地而刚接，2#墩减震前为固定墩。

　　桥位处地震动峰值加速度为0.2g，根据《公路桥梁抗震设计细则》(JTC/T B02―01-2008)和相关资料，场地类别为II类，按VIII度设防。根据设计单位提供的设计方案，采用Midas/Civil有限元程序，建立结构动力计算模型进行抗震性能分析模型(图3)。

2 动力特性分析

　　在桥台、桥墩处安装LRB支座，其顺桥向弹性刚度为108kN/m;横桥向及竖向弹性刚度为3.5×105kN/m、屈服刚度为5250 kN;横桥向及竖向屈服后刚度与弹性刚度之比为0.047，滞后循环参数取值为0.5。采用多重Ritz向量法计算了桥的前20阶振型，顺桥向、横桥向、竖向的质量参与系数总和分别为94.34%、96.09%和90.66%，使振型参与质量系数之和均不小于90%。由减震前和铅芯橡胶支座减震后的模态分析，可得到未减震与LRB支座减震情况下结构的前3阶周期及振型。由表1减震前后自振周期对比，可看出LRB减震支座可延长结构的自振周期，同时LRB支座也具备一定的阻尼消耗地震产生的能量，可使大幅度减小地震作用。

3 减震效果分析

　　根据桥址区场地条件，通过输入El Centro地震波，对模型结构采用非线性直接积分法进行计算分析，分别未减震和LRB减震时桥梁墩顶位移、梁体位移、墩底弯矩和墩底剪力的最大值如表2所示。减震前后桥梁固定墩(2#墩)的墩顶位移、墩底弯矩时程如图4、图5所示。

　　由图4、图5和表2可知，在减震以前，固定墩的墩底最大弯矩比非固定墩的最大墩底弯矩大;减震后取消固定墩，代之以LRB减震支座布放于每一个桥墩上。计算结果表明，LRB支座减震后各墩底弯矩及(墩底剪力)趋于均匀。在连续梁桥中，通常会设置一个固定墩约束梁体的水平运动，水平向的剪力主要由固定墩承担;未减震时作用于固定墩的墩底剪力比非固定墩的墩底剪力大。减震后由于LRB支座的减震器和阻尼器作用，固定墩承担的水平剪力改为由各墩共同承担。虽然非固定墩减震后墩底弯矩增加，但桥梁整体的抗震性能得到了优化。

　　通过铅芯橡胶支座的减震分析，可得到的主要结论有：

①在设计地震作用下，2#墩墩底弯矩及墩顶位移减震率分别为76.9%和76.3%，减震效果较好。

②在连续梁桥上安装铅芯橡胶支座，可降低桥梁的自振频率，延长周期，起到良好的减震作用。

③连续梁桥未减震时由于固定墩的存在，墩间内力分配不均衡，固定墩为主要受力墩，其受力远大于非固定墩;利用铅芯橡胶支座减震后，可以把水平剪力分配到各桥墩上，使各桥墩均衡受力。