摩擦摆支座在桥梁抗震设计中的应用及分析

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1、摩擦摆支座在桥梁抗震设计中的应用及分析唐普查(湖南省交通规划勘察设计院，湖南，长沙，410008)【摘要】传统的桥梁抗震结构体系实际上是依靠结构木身的损坏而消耗大部分输入能量，是一种消极被动的抗震策略。桥梁的隔震设计是在基础与上部结构之间设置隔震支座(例如摩擦摆隔震支座)，隔震支座产生较大的位移，同时上部结构基木为平动,上部结构的加速度响应可减小到传统抗震结构的1/5~1/10,甚至更少，可有效地减小地震产生的灾害。文章分析了桥梁橡胶支座的设计要点，并探讨了摩擦摆支座在桥梁抗震设计中的应用。【关键词】摩擦摆支座；桥梁抗震；应用；分析前言地震严重威胁着人类的生存，如何使结构能够抵御地震是

2、人类面临的重大问题。桥梁支座作为桥梁结构受力的关键部件，有将桥面荷载传递到墩台的作用，并且要适应活载、温度、混凝土收缩等外部作用的变化。橡胶类隔震支座虽然在中小跨度桥梁中应用较广。但是板式橡胶支座不具备耗能机制，其滞回曲线狭长，耗能特性差。由于纯滑动隔震体系不具备恢复力而可能产生较大的残余位移，所以需要与有恢复力的构件联合使用。1、摩擦摆支座的特性摩擦摆式支座是将滑动支座和钟摆的概念相结合，构成一种新的干摩擦滑移隔震装置。其滑动面是曲面，通过结构自重提供所需的自复位能力；FPS隔震支座利用一个简单的钟摆机理延长结构的自振周期。如果FpS隔震支座承受的荷载为W,水平位移为D，摩擦系数为&

3、mu;，R为滑动曲面的曲率半径，则水平力为：F=W/R*D+μW(sgnD)式中第1项为因承受质量沿曲面滑动上升所产生的水平向恢复力，水平刚度为Kh=W/R;第2项为滑块与滑动曲面相对滑动时产生的摩擦力。此外，由单摆周期公式T=2π(R/g)(1/2)知此隔震结构的周期与承受的重力无关。采用库伦摩擦时FPS支座仅受参数R和μ的控制，有以下2个动力特性：①2个水平方向的变形具有摩擦滑移特性；②滑动后在水平剪力方向具有刚度特征。摩擦摆式支座通过摩擦耗能方式将地震能量转化为热能，冋吋通过摆式结构实现将能量转化为势能，延长结构基本自振周期，进而实现阻尼功效。摆式结构可以实现位

4、移的自我恢复，提高了地震吋的隔震性能，避免了震后调整工序，且由于相对体积较小，具有较为广泛的应用前景。2、分析模型本文研究对象为•一联(66+2×108+66)m的变截面连续梁，重力式墙式墩、群桩基础，1、2和5号墩采用圆端型截面，墩高分别为11m、6.5m、10m;3、4'd•墩米用圆形截面，墩高15m;引桥分别米用铁路标准40m简支箱梁和32m简支T梁。引桥采用常规支座，主桥支座分别采用常规盆式橡胶支座方案(P3墩设置固定支座，其余各墩设置单向支座)和主桥各墩均设置FPS支座的隔震方案，以杆系单元模拟主梁、桥墩的力学性能，以六弹簧模拟桩土相互作用，利用空间有限元软件SA

5、P2000建立集中质量模型，以双线性PlasticWen単元模拟FPS支座，并进行非线性时程分析。3、桥梁橡胶支座的设计要点的分析3.1桥梁支座的布置支座的布置形式要结合桥梁的结构进行设计，不科学的支座布置会缩短支座的使用吋限。所以，在支座布置设计吋，一定要按照实际情况进行：当桥梁上部结构为空间结构吋，支座除了要稳定的传到水平力和垂直力，还要能够承受桥梁因受力而引发的变形力；支座应能够抵抗在使用过程中因桥梁的变形而导致的各种应力的影响;当桥梁位于坡道上，固定支座一般需安装在下坡道上；路程较长的桥梁，固定支座要安装在桥梁的中间，增强桥梁两边的承受力。对简支桥梁•一端设固定支座，另一端设活

6、动支座；如公路T形桥梁，特别是桥面较宽的桥梁，支座设置在可以控制桥梁横面变形的地方。3.2隔震结构分布设计《规范》中采用分部设计方法和水平向减震系数这两个概念来考虑隔震结构。隔震结构分部设计法是将隔震体系分为上部结构、隔震层、下部结构以及基础四个部分。3.3上部结构设计上部结构的设计是利用水平向减震系数来实现的。水平向减震系数定义为设防烈度下，结构隔震与非隔震吋各层层间剪力比的最大值，它代表了采用瞞震设计吋的减震效果。3.4隔震层的设计隔震层的设计应根据预期的水平向减震系数和位移控制要求，选择适当的隔震支座以及为抵抗地震微震动与风荷载提供的部件组成隔震层。隔震层的平面布置应对称，并设置

7、在受力较人的位置。隔震层的验算包括竖向的承载能力和水平向的位移。4、摩擦摆支座在桥梁抗震设计中的应用当受到地震作用吋，摩擦摆支座开始滑动，此吋摩擦摆支座能够使减隔震体系的水平刚度中心和上部结构的质量中心保持一致，能够极大的减小结构扭转反应。摩擦摆减隔震支座将建筑物以地面隔离开，充分利用滑块和滑动面之间的摩檫来消耗地震能量，大大减小上部结构地震能量的输入。但是，和橡胶支座一样，摩檫摆减隔震支座也有其缺点，一般的摩擦摆支座没有竖向抗拔能力，支座受拉