板式橡胶支座桥梁低温地震响应分析

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1、板式橡胶支座桥梁低温地震响应分析1.广两交通科学研究院广丙南宁530007；2.贵州顺康路桥咨询有限公司贵州贵阳550000摘要：利用Midas桥梁有限元分析软件，运用时程分析法模拟计算板式橡胶支座桥梁在不同的温度下的地震响应，得出板式橡胶支座桥梁在严寒低温条件下的地震响应规律，为我国北部严寒地域桥梁抗震设计提供了有价值的参考。分析结果表明，板式橡胶支座桥梁在Elcent波、james波或人工波作用下，结构内力与温度为反相关关系，以-20°左右为临界温度，内力随温度降低急剧增长，严寒低温情况下的结构地震响应变化受温度影响较大。关键词：时

2、程分析法；板式橡胶支座；温度；地震波；地震响应0引言近年来，地震在我国频繁发生，极大的影响了人民的正常生活。因此,进一步的深入研究抗震理论则变的十分的迫切。众所周知，道路交通系统对一个国家的经济发展和人民群众的出行只有非常重要的意义和作用，而桥梁更是占据着交通系统里的不可或缺的位置，因此，桥梁减隔震技术亟待深入研宄与应用。桥梁支座系统对桥梁的抗震计算有着较大的影响，我国自1962年首先在公路和城市桥梁上使用板式橡胶支座，目前已在中小跨径预应力混凝土和钢筋混凝土桥中釆用［1］。板式橡胶支座具有构造简单、造价低廉、高度小、更换安装方便、变形大、吸振

3、等优点，在中小桥、弯桥、宽桥和斜交桥中都可应用，是桥梁支座系统中使用最为广泛的支座类型。笔者研究发现在地震波作用下，板式橡胶支座在不同的温度条件下的各项参数指标有明显的变化，并设法研究总结出板式橡胶支座对于地震影响随温度变化的规律，这对桥梁的抗震计算有着非常重要的意义。1抗震分析方法吋程法的基本思想是在地震发生的整个过程中，运用积分的方法求解结构体系的运动方程［2】。时程分析的本质是是将动力作用以时间函数的形式引入微分方程，并求解结构的动力微分方程，并通过相应的积分方式得到结构每一个吋刻的响应变化情况。Midas桥梁奋限元分析软件采用吋程法能奋

4、效地分析地震力作用下桥梁结构的受力、变形等情况［3】。2桥梁抗震分析模型2.1Midas建模笔者以我国东北地区某预应力连续箱梁桥为实桥范例，桥型如图2.1-1。该桥采用抗震设防烈度为7度［4］，峰值加速度为0.10g,依据《公路桥梁抗震设计细则》，各个计算参数取值如下：重要性系数；场地系数；阻尼调整系数；特征周期g;结构的阻尼比为0.05,并依据相应的规范和实验数据计算支座的刚度，运用midas冇限元分析软件建立实体模型如图2.1-2所示。2.2地震波的选取地震波的选取对桥梁结构吋程分析的结果影响极大，所以如何正确的选择地震波是非常重要的。而地

5、震波的合理选取应遵循下面三条原则［5］:(1)地震波的频谱特性。要求所选的地震波特征周期应与桥梁所在场地的固有周期相近。(2)地震的持续吋间。从首次达到吋程曲线最大峰值的10%的那点算起，到最后一点到达最大峰值10%为止，冇效持续吋间不小于桥梁基本周期的5~10倍。(3)加速度的右效峰值。将地震峰值加速度进行调整，使得加速度峰值与桥址所在场地的抗震设防烈度对应的峰值加速度一致。根据规范相关要求，本次地震波选取Elcent波，james波，人工波三种波作为模拟计算波。2.3板式橡胶支座支座的模拟氯丁橡胶一般用于最低气温不超过-25°C的地

6、区，天然橡胶可用于-30°C--40°C的地区［1］，因此本次假设温度选取最低温度为-40°C也是合理的。本次模拟的板式橡胶支座选用GYZd550板式支座，其直径为550mm，材料为天然橡胶。模拟支座时以弹性连接进行模拟，支座性能随温度的变化关系采用铁道部科学研宄院学者通过大量的实验总结的结果［6］，经分析计算后将各项参数绘制为图，如图2.3-1所示。由图可知板式橡胶支座的水平刚度与温度成反相关关系。2.4时程分析法计算结果本次选取该桥2号墩的墩顶位移、墩底剪力、墩底弯矩三个内力参数作为板式橡胶支座的抗震性能随温度变化的

7、参量值。分析在三种地震波的作用下，处于20°C~-40°C的温度变化范围内对板式橡胶支座的地震响应的影响。(1)墩顶位移三种地震波作用下墩顶位移计算结果如图2.4-1~图2.4-3：由上图可知：在三种地震波的作用下，墩顶位移与温度成反相关关系，变化趋势近似；在-20°C左右时，三种地震波作用下的墩顶位移均发生急剧增大的现象；在相同温度作用下，墩顶位移量james波>人工波>Elcent波，但差值很小。⑵墩底剪力三种地震波作用下墩底剪力计算结果如图2.4-4〜图2.4-6：由上图可知：在三种地震波的作用下，墩底

8、剪力与温度成反相关关系，变化规律近似；在-20°C左右吋，三种地震波作用下的墩底剪力均发生急剧增大的现象；在相冋温度(-30°C〜-4