焦作矮塔斜拉桥抗震支座结构特性

　　我国处于欧亚地震带上，是一个地震多发的国家。作为交通线关键工程的铁路桥、公路桥、城市高架桥等将在突发的地震灾害中遭到损坏，造成交通中断，给后续救助工作造成了极大的困难，因此对桥梁抗震性能的研究十分必要，而桥梁抗震性能主要通过减隔震等相关措施实现。

1 矮塔斜拉桥的结构特性

　　矮塔斜拉桥是介于连续梁桥和斜拉桥之间新的桥梁结构形式，由受弯的主梁、受拉的拉索、受压的主塔构成。矮塔斜拉桥桥塔高度小，主梁刚度大，布索区短，全桥刚度由梁体提供，拉索仅起加强作用，桥塔上多采用索鞍形式，结构设计一般对称，塔底不平衡弯矩较小，整体受力较均衡。与梁桥相比， 这种桥型造型美观， 结构的表现内容丰富，而且具有良好的经济指标，得到了越来越多的应用。

2 减隔震措施

　　减隔震措施分为减震措施和隔震措施。减震措施是指用各种阻尼器与结构组成耗能、吸能的体系，利用自身的减震吸能作用，较理想的减小地震破坏，对于突发强震也有很好的预防作用和承受能力，常见包含液压粘滞阻尼器、摩擦阻尼器等，多应用于大跨径桥梁;隔震措施就是通过延长结构结构自振周期，同时限制位移，从而避开地震动的卓越周期，避免共振的发生，从而减小地震作用，常见的有铅芯橡胶支座和高阻尼橡胶支座等，应用于高烈度区大中小桥梁上。考虑到矮塔斜拉桥跨径较小，不易采用阻尼器，从而选取应用普遍的铅芯橡胶支座作为减隔震的措施。

3 铅芯橡胶支座

　　铅芯橡胶支座作为隔震措施的一种，应用十分广泛，其主要构件为普通的板式橡胶支座，在中心加入了铅芯，这么做可以很好的改善橡胶支座的阻尼性能，下图就是铅芯橡胶支座的基本构造图。

4 动力特性和时程分析

　　本文算例南淝河大桥为双塔单索面全预应力混凝土矮塔斜拉桥，全长220m，跨径布置为60m+100m+60m，塔梁固结，墩梁分离体系。主梁单幅采用单箱三室大悬臂截面，主塔计算塔高18米，采用实心矩形截面，斜拉索单排布置，由光圆钢绞线组成，下部结构主墩采用带扩大头椭圆柱实体墩，主墩基础采用9根直径2.0米的钻孔灌注桩基础，按摩擦桩设计。本文运用有限元软件MIDAS CIVIL建立了上部结构动力计算模型进行动力特性和时程分析(如下图)：

　　结构的动力特性是指结构自身固有的，包括固有频率，振型和阻尼等，它们的大小取决于结构自身，如结构体系、刚度、边界条件等。

　　动力时程分析需根据规范要求，从强震记录和人工波中选取三条地震动加速度时程曲线，其中两条选自强震记录，分别为E1-centro波和Taft波，另外一条选自人工合成波，采用反应谱转人工加速度时程曲线的程序SIMQKE-GR来实现，时程曲线(部分)如下所示：

　　本模型分别选取普通支座和铅芯橡胶支座，铅芯橡胶支座通过定义非线性边界的特性值来模拟，输入弹性刚度K1;屈服刚度Qy;屈服后刚度/弹性刚度K2/K1等数值，带入模型计算后可以得到如下结果：

　　方案 普通支座桥梁 铅芯橡胶支座桥梁

　　固有周期(s) 0.70s 1.21s

　　当桥梁采用普通支座时，其固有周期为0.70s，与大震时的地震动特征值周期Tg=0.85s特别接近，在地震作用下发生共振破坏的可能性较大，安装铅芯橡胶支座后固有周期变为1.21s，提高了72.8%，已经基本避开了地震能量相对集中的频段，达到了隔震的要求，提高了桥梁的抗震性能。

　　在计算模型中导入选取的三条地震波，通过动力计算，可以得到如下时程曲线(部分)：

　　方案 普通支座桥梁 铅芯橡胶支座桥梁 减震率

　　塔顶顺桥向位移(mm) 11.6 8.3 28.4%

　　边跨斜拉索终点竖向剪力(KN) 671 470 30.0%

　　跨中竖向剪力(KN) 1588 1121 29.4%

　　主塔根部横向弯矩(KN.m) 44577 35834 19.6%

　　跨中横向弯矩(KN.m) 6436 4285 33.4%

　　通过计算我们可以知道，南淝河大桥在安装了铅芯橡胶支座后，无论是位移、剪力还是弯矩都有较大幅度的减小，体现出铅芯橡胶支座的隔震效果。