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忻州矮塔斜拉橋抗震支座結(jié)構(gòu)特性

　　我國處于歐亞地震帶上，是一個地震多發(fā)的國家。作為交通線關(guān)鍵工程的鐵路橋、公路橋、城市高架橋等將在突發(fā)的地震災(zāi)害中遭到損壞，造成交通中斷，給后續(xù)救助工作造成了極大的困難，因此對橋梁抗震性能的研究十分必要，而橋梁抗震性能主要通過減隔震等相關(guān)措施實現(xiàn)。

1 矮塔斜拉橋的結(jié)構(gòu)特性

　　矮塔斜拉橋是介于連續(xù)梁橋和斜拉橋之間新的橋梁結(jié)構(gòu)形式，由受彎的主梁、受拉的拉索、受壓的主塔構(gòu)成。矮塔斜拉橋橋塔高度小，主梁剛度大，布索區(qū)短，全橋剛度由梁體提供，拉索僅起加強作用，橋塔上多采用索鞍形式，結(jié)構(gòu)設(shè)計一般對稱，塔底不平衡彎矩較小，整體受力較均衡。與梁橋相比， 這種橋型造型美觀， 結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)內(nèi)容豐富，而且具有良好的經(jīng)濟指標(biāo)，得到了越來越多的應(yīng)用。

2 減隔震措施

　　減隔震措施分為減震措施和隔震措施。減震措施是指用各種阻尼器與結(jié)構(gòu)組成耗能、吸能的體系，利用自身的減震吸能作用，較理想的減小地震破壞，對于突發(fā)強震也有很好的預(yù)防作用和承受能力，常見包含液壓粘滯阻尼器、摩擦阻尼器等，多應(yīng)用于大跨徑橋梁;隔震措施就是通過延長結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)自振周期，同時限制位移，從而避開地震動的卓越周期，避免共振的發(fā)生，從而減小地震作用，常見的有鉛芯橡膠支座和高阻尼橡膠支座等，應(yīng)用于高烈度區(qū)大中小橋梁上。考慮到矮塔斜拉橋跨徑較小，不易采用阻尼器，從而選取應(yīng)用普遍的鉛芯橡膠支座作為減隔震的措施。

3 鉛芯橡膠支座

　　鉛芯橡膠支座作為隔震措施的一種，應(yīng)用十分廣泛，其主要構(gòu)件為普通的板式橡膠支座，在中心加入了鉛芯，這么做可以很好的改善橡膠支座的阻尼性能，下圖就是鉛芯橡膠支座的基本構(gòu)造圖。

4 動力特性和時程分析

　　本文算例南淝河大橋為雙塔單索面全預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋，全長220m，跨徑布置為60m+100m+60m，塔梁固結(jié)，墩梁分離體系。主梁單幅采用單箱三室大懸臂截面，主塔計算塔高18米，采用實心矩形截面，斜拉索單排布置，由光圓鋼絞線組成，下部結(jié)構(gòu)主墩采用帶擴大頭橢圓柱實體墩，主墩基礎(chǔ)采用9根直徑2.0米的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，按摩擦樁設(shè)計。本文運用有限元軟件MIDAS CIVIL建立了上部結(jié)構(gòu)動力計算模型進行動力特性和時程分析(如下圖)：

　　結(jié)構(gòu)的動力特性是指結(jié)構(gòu)自身固有的，包括固有頻率，振型和阻尼等，它們的大小取決于結(jié)構(gòu)自身，如結(jié)構(gòu)體系、剛度、邊界條件等。

　　動力時程分析需根據(jù)規(guī)范要求，從強震記錄和人工波中選取三條地震動加速度時程曲線，其中兩條選自強震記錄，分別為E1-centro波和Taft波，另外一條選自人工合成波，采用反應(yīng)譜轉(zhuǎn)人工加速度時程曲線的程序SIMQKE-GR來實現(xiàn)，時程曲線(部分)如下所示：

　　本模型分別選取普通支座和鉛芯橡膠支座，鉛芯橡膠支座通過定義非線性邊界的特性值來模擬，輸入彈性剛度K1;屈服剛度Qy;屈服后剛度/彈性剛度K2/K1等數(shù)值，帶入模型計算后可以得到如下結(jié)果：

　　方案 普通支座橋梁 鉛芯橡膠支座橋梁

　　固有周期(s) 0.70s 1.21s

　　當(dāng)橋梁采用普通支座時，其固有周期為0.70s，與大震時的地震動特征值周期Tg=0.85s特別接近，在地震作用下發(fā)生共振破壞的可能性較大，安裝鉛芯橡膠支座后固有周期變?yōu)?.21s，提高了72.8%，已經(jīng)基本避開了地震能量相對集中的頻段，達到了隔震的要求，提高了橋梁的抗震性能。

　　在計算模型中導(dǎo)入選取的三條地震波，通過動力計算，可以得到如下時程曲線(部分)：

　　方案 普通支座橋梁 鉛芯橡膠支座橋梁 減震率

　　塔頂順橋向位移(mm) 11.6 8.3 28.4%

　　邊跨斜拉索終點豎向剪力(KN) 671 470 30.0%

　　跨中豎向剪力(KN) 1588 1121 29.4%

　　主塔根部橫向彎矩(KN.m) 44577 35834 19.6%

　　跨中橫向彎矩(KN.m) 6436 4285 33.4%

　　通過計算我們可以知道，南淝河大橋在安裝了鉛芯橡膠支座后，無論是位移、剪力還是彎矩都有較大幅度的減小，體現(xiàn)出鉛芯橡膠支座的隔震效果。