FPS隔震简支梁桥近断层地震响应研究

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1、48世界桥梁2014，42(5)FPS隔震简支梁桥近断层地震响应研究张常勇，钟铁毅。李徐。。杨海洋。(1．山东省交通规划设计院，山东济南250031；2．北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044)摘要：为研究近断层地震作用下摩擦摆支座(FPS)在桥梁结构中的使用效果，建立了一跨FPS隔震铁路简支梁桥的三维有限元分析模型，以9条典型近断层地震记录作为激励，采用非线性时程分析方法对其顺桥向地震响应进行计算，并对结果进行对比分析。研究结果表明：在近断层地震作用下，FPS支座可以发挥一定的隔震作用，且大部分情况下，增大FPS支座等效曲率半径可提高其隔震效率，这与非近断层地震作用下的情况相

2、同，但仅使用FPS支座进行隔震设计有时并不足以满足桥梁结构的抗震能力要求，需要采取其它必要的抗震、减隔震措施与FPS支座共同工作，以保证桥梁结构安全。关键词：隔震桥梁；近断层地震；摩擦摆支座；地震响应；减隔震设计；非线性时程分析中图分类号：U442．55；U443．36文献标志码：A文章编号：1671—7767(2014)05—0048—061引言2结构计算分析模型地震是最为严重的自然灾害之一，最近几十年2．1FPS支座模型以来，全球范围内曾发生过多次大地震，对灾区国家摩擦摆系统(支座)[简称FPS(FPB)]是Zayas和人民造成了不同程度的生命和财产损失，同时导等人于1985年在美

3、国加州大学伯克利分校对传统致建筑物的严重破坏，尤其是当灾区位于近断层地平面滑移系统进行改进、研发得到的]，其构造示震区时，由于地震能量巨大，受到的破坏程度更加严意如图1所示。重。世界范围内，近断层地震动的特征、工程结构的关节式摩擦滑块近断层地震反应及相应的抗震设计受到了各国学者的广泛关注和重视_】]。我国疆域广阔，是地震多发国家，随着国家建设的逐步发展，部分桥梁结构将不可避免地毗邻甚至跨越发震断层，抗震设防问题对于这些结构显得尤为重要，迫切需要得到解决。特氟龙涂层球形滑动曲面摩擦摆支座(FPS)是一种常用的减隔震支座，图1FPS支座构造示意在美国、日本等地已得到了大量的应用且效果良好，

4、通过滑块的受力平衡条件和支座几何关系可以国内也有越来越多的桥梁结构采用FPS进行减隔得到FPS支座的简化水平剪力～位移关系E73，即：震设计。国内、外学者对采用FPS的隔震技术进行了较多的研究，但针对近断层地震作用下FPS隔震F一“+Ff(1)桥梁结构反应及其隔震效果的研究并不多，而近断式中，F为支座水平力；W为支座承受的荷载；R为层地震很有可能对隔震桥梁的正常工作产生不利的等效曲率半径；U为支座水平位移；F为滑块与支座影响。因此，对近断层地震动作用下的FPS隔震桥滑面间的摩擦力。由式(1)可推知FPS隔震结构的梁地震响应及FPS的隔震效果进行研究很有必要。周期为：本文以采用摩擦摆支座

5、(FPS)隔震的铁路简支梁桥为研究对象，对其在顺桥向近断层地震动作用下的T一2兀√警结构响应变化规律及隔震效果进行了计算对比由式(2)可知，隔震结构的周期主要由FPS支分析。座的等效曲率半径决定。式(1)也描述了FPS支座的滞回性能，由式(1)收稿日期：2014一O2—20作者简介：张常勇(1983一)，男，工程师，2006年毕业于山东大学土木工程专业，获学士学位，2012年毕业于北京交通大学防灾减灾工程及防护工程专业，获博士学位(Email：coolzcyl983@163．corn)。FPS隔震简支梁桥近断层地震响应研究张常勇，钟铁毅，李徐，杨海洋49可得FPS支座的力～位移滞回关系

6、，如图2所示。3近断层地震激励选取由图2可以看出FPS支座的力～位移滞回关系明近断层地震动作为近年来抗震工程领域的常见确，支座耗能效果良好。术语，至今没有一致的定义。大部分学者将距断层破裂面20km范围内的区域看作近断层区域；也有学者指出_1，地震波峰值速度与地震波峰值加速度之比V／A>0．2S时，近断层地震对结构的效应R密较为明显。图4给出了1999年台湾Chichi地震台*站TCU052典型近断层强震记录W—E分量的加速度和速度时程曲线。由图4可知，近断层地震动具有长周期的速度脉冲，与其它类型地震动有着明显的不同。文座水半位移“图2FPS支座力～位移滞回关系为考察等效曲率半径不同时

7、FPS隔震桥梁的×＼II～近断层地震反应，选取了4种不同等效曲率半径的一硼研眉FPS支座，分别进行近断层地震响应的计算，同时保持支座最大摩擦系数⋯、最小摩擦系数i和摩擦系数变化系数a不变。FPS支座的具体设计参数时间／s如表1所示。(a)加速度时程表1FPS支座设计参数∞●2．2桥梁结构模型目本文以矮墩FPS隔震简支梁桥为研究对象，计算模型采用跨径24m的FPS隔震铁路简支梁桥，其梁重为350t，桥墩为高10m的圆端形桥墩。计算分析时将该隔震简