矮塔斜拉桥减隔震措施研究.docx

矮塔斜拉桥减隔震措施研究摘要：本文简要介绍了矮塔斜拉桥探讨了桥梁减隔震的相关措施并通过有限元软件对某矮塔斜拉桥进行动力特性和时程分析以了解减隔震性能。关键字：矮塔斜拉桥桥梁抗震反应谱动力时程铅芯橡胶支座0引言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。图1铅芯橡胶支座构造示意图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MIDASCIVIL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）：图2南淝河大桥全桥有限元模型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：图31940E1Centro波时程曲线图41952Taft波时程曲线图5拟合人工波反应谱曲线图6拟合人工波时程曲线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：表1各方案固有周期对比表方案普通支座桥梁铅芯橡胶支座桥梁固有周期（s）0.70s1.21s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）：图7铅芯支座桥梁主塔顺桥向位移时程曲线图8铅芯支座桥梁跨中弯矩时程曲线表2各方案位移与内力弯矩计算值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）11.68.328.4%边跨斜拉索终点竖向剪力（KN）67147030.0%跨中竖向剪力（KN）1588112129.4%主塔根部横向弯矩（KN.m）445773583419.6%跨中横向弯矩（KN.m）6436428533.4%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。