摩擦摆减隔震支座在高烈度区高架桥的减震效果分析

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1、2013年4月第4期城市道桥与防洪科技研究187摩擦摆减隔震支座在高烈度区高架桥的减震效果分析郭俊伟(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海200092)摘要：该文介绍了摩擦摆式支座减隔震工作原理。该类支座减隔震性能主要影响参数为摩擦副的摩擦系数和球面等效曲率半径。为了研究高烈度区该类支座减隔震效果，通过对某高架桥一联3×30m预应力混凝土连续箱梁桥模型的计算分析，得出在不同参数组合下桥梁结构的地震响应，讨论了各参数对结构响应的影响规律，并对工程应用中选取较优的参数提出了建议，为高烈度区修建高架桥梁积累经验。关键词：摩擦摆式支座(rPB)；高烈度区；高架桥；减隔震效果中图分

2、类号：U442．5*5文献标识码：A文章编号：1009—7716(2013)04—0187—040引言摩擦摆式减隔震支座是依靠聚四氟乙烯与不锈钢板组成的摩擦副摩擦耗能的减隔震装置。由1．抗震栓2．限位环3．上球面不锈钢滑板4．上球面不锈钢滑板5．中座板6上四氟板于其具有构造简单、良好的自回复、抗平扭能力，同7．下四氟板8．上座板9密封裙lO下座板时施工简单，耐久性好等优点，因而受到了国外学图1双曲面球形减隔震支座示意图者广泛深人研究，近年来已被成功应用于建筑、桥梁、化工、电力等重大工程项目的抗震减灾中。国内学者正逐步将其引入国内桥梁的抗震设计中。我国是个地震多发的国家，在8度及以上

3、的高烈度区域建设桥梁，地震作用成为控制设计的关键因素。将摩擦摆支座引入到高烈度区的桥梁位移D犀撩摆滞回性能设计不失为一种可靠的解决方案。然而该类支座图2FP$支座主要工作原理示意图在强震下滞回耗能能力及模型参数的选取对减震效果的影响成为设计中亟待解决的问题。本文首为了防止摩擦摆支座在正常运营中出现有害先介绍摩擦摆式支座工作原理，然后通过对高烈振动，需要设置抗震栓。从而保证支座在正常运营中实现限位功能，在地震作用下，抗震栓剪断，支度区某高架桥梁的支座参数分析，研究讨论支座参数对减隔震效果的影响及选取支座参数的原则座滑动实现减隔震功能。和方法。2摩擦摆减隔震支座减隔震效果分析1摩擦摆减

4、隔震支座种类及工作原理2．1分析模型的建立FPS支座类型繁多，总体而言可分为上部滑动本文以某地区地震基本烈度为8度，水平向式(顶板底面为滑动面如图1所示)和下部滑动式设计地震动加速度峰值为03g的某高架桥为工(底板顶面为滑动面如图2所示)两种。程背景，取桥宽为25．5m，跨径组合为3X30m的工作原理大致相同：中间层滑块由高强抗压预应力混凝土连续箱梁为研究对象，利用SAP2000材料构成，滑块的圆弧形滑动面在下部结构发生软件进行分析。桥梁横断面见图3所示。中墩支座地震位移的时候，由于上部结构的重力及底板滑吨位15000kN，边墩支座吨位7000kN。为了准动面的圆弧形设计，总能产生

5、向心的回复力，同时确分析结构的地震响应，模型考虑边界联及桩土在整个地震位移过程中滑块和滑动面之间通过摩作用的影响。计算模型如图4所示。擦耗散能量。另一方面由于滑块的转动面与上盖模型中摩擦摆支座采用考虑动轴力耦合的FP板的关节接触方式，上部结构总能保持水平状态。模型模拟。支座慢速摩擦系数取为0．01，0．02，0．03，0．04，0．05；支座曲率半径取为3m，5m，7m，9m。收稿日期：2013—02—25将他们进行组合，得到20组不同的支座设计参作者简介：郭俊伟(1981一)，男，河南人，工程师，从事桥梁工程设计和研究工作。数。参考相关文献，支座快速摩擦系数近似取相应188科技研

6、究城市道桥与防洪2013年4月第4期6o0囊罄藉串：耋謇I聚~nC台40物钢防簖水混层凝士铺枷25~00连续粱粱离h=2000ml鼍瑚00120006d012000m暑011机动车道1机动车道]1g-2OO^肌2％．^。4oo暑．600——j【J[，一一一s-一．!_II图5水平向地震动图示Lr59{5ID4obo．oo五∞鲁108：；上巾I9由1200灌注桩图6竖向地震动图示I壁2鱼Q：图3桥梁结构横断面图图4计算模型示意图图7反应谱比较(5％阻尼比)曲线图慢速摩擦系数的2倍(下文摩擦系数未特殊说明2．2计算结果分析均指慢速摩擦系数)。桥梁结构减隔震效果的评判指标主要有墩梁根据该

7、工程桥梁安评报告，工程场地设计地相对位移及下部结构最大内力等。使用减隔震装震动加速度反应谱取为：置后，如果能在地震作用下控制下部结构基本不ST)=ApLT)损伤的同时，墩梁相对位移也能控制在可以接受其中，A～为设计地震动峰值加速度；卢(为设的范围之内，那么其减隔震效果是最为理想的。计地震动加速度放大系数反应谱。且有：减隔震支座属非线性连接单元，所以模型计1+(1)号0≤≤算采用非线性时程分析方法进行分析。()=T1≤≤高烈度区，竖向地震作用通常很大。图8给出了摩擦系数