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焦作LRB減震支座實用效果分析

1 模型建立

　　本文所計算橋梁為3跨混凝土連續(xù)梁橋，全長300m，跨徑為(85+130+85)m，橋面寬12.7m。橋梁采用單箱單室斷面，箱梁根部斷面高度7m，跨中及邊跨合攏段斷面梁高2.7m，箱梁底板下緣按圓曲線變化。下部構(gòu)造為獨柱式橋墩，橋墩基礎(chǔ)為鉆孔灌注嵌巖樁基礎(chǔ);橋臺均為重力式橋臺，擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋墩截面4m×6m實腹長方形截面，墩身高40m，墩底與地而剛接，2#墩減震前為固定墩。

　　橋位處地震動峰值加速度為0.2g，根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則》(JTC/T B02―01-2008)和相關(guān)資料，場地類別為II類，按VIII度設(shè)防。根據(jù)設(shè)計單位提供的設(shè)計方案，采用Midas/Civil有限元程序，建立結(jié)構(gòu)動力計算模型進(jìn)行抗震性能分析模型(圖3)。

2 動力特性分析

　　在橋臺、橋墩處安裝LRB支座，其順橋向彈性剛度為108kN/m;橫橋向及豎向彈性剛度為3.5×105kN/m、屈服剛度為5250 kN;橫橋向及豎向屈服后剛度與彈性剛度之比為0.047，滯后循環(huán)參數(shù)取值為0.5。采用多重Ritz向量法計算了橋的前20階振型，順橋向、橫橋向、豎向的質(zhì)量參與系數(shù)總和分別為94.34%、96.09%和90.66%，使振型參與質(zhì)量系數(shù)之和均不小于90%。由減震前和鉛芯橡膠支座減震后的模態(tài)分析，可得到未減震與LRB支座減震情況下結(jié)構(gòu)的前3階周期及振型。由表1減震前后自振周期對比，可看出LRB減震支座可延長結(jié)構(gòu)的自振周期，同時LRB支座也具備一定的阻尼消耗地震產(chǎn)生的能量，可使大幅度減小地震作用。

3 減震效果分析

　　根據(jù)橋址區(qū)場地條件，通過輸入El Centro地震波，對模型結(jié)構(gòu)采用非線性直接積分法進(jìn)行計算分析，分別未減震和LRB減震時橋梁墩頂位移、梁體位移、墩底彎矩和墩底剪力的最大值如表2所示。減震前后橋梁固定墩(2#墩)的墩頂位移、墩底彎矩時程如圖4、圖5所示。

　　由圖4、圖5和表2可知，在減震以前，固定墩的墩底最大彎矩比非固定墩的最大墩底彎矩大;減震后取消固定墩，代之以LRB減震支座布放于每一個橋墩上。計算結(jié)果表明，LRB支座減震后各墩底彎矩及(墩底剪力)趨于均勻。在連續(xù)梁橋中，通常會設(shè)置一個固定墩約束梁體的水平運動，水平向的剪力主要由固定墩承擔(dān);未減震時作用于固定墩的墩底剪力比非固定墩的墩底剪力大。減震后由于LRB支座的減震器和阻尼器作用，固定墩承擔(dān)的水平剪力改為由各墩共同承擔(dān)。雖然非固定墩減震后墩底彎矩增加，但橋梁整體的抗震性能得到了優(yōu)化。

　　通過鉛芯橡膠支座的減震分析，可得到的主要結(jié)論有：

①在設(shè)計地震作用下，2#墩墩底彎矩及墩頂位移減震率分別為76.9%和76.3%，減震效果較好。

②在連續(xù)梁橋上安裝鉛芯橡膠支座，可降低橋梁的自振頻率，延長周期，起到良好的減震作用。

③連續(xù)梁橋未減震時由于固定墩的存在，墩間內(nèi)力分配不均衡，固定墩為主要受力墩，其受力遠(yuǎn)大于非固定墩;利用鉛芯橡膠支座減震后，可以把水平剪力分配到各橋墩上，使各橋墩均衡受力。