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开县高阻尼支座与普通盆式支座在连续梁桥中地震响应对比分析

HDR高阻尼橡胶支座  2020/6/25 13:58:18  5545
内容摘要:地震反应分析早期主要采用简化的静力法,20世纪50年代后发展为动力法的弹性反应谱理论,20世纪60 年代后随着计算机技术的迅速发展,则对重要结构开始进行地震时程反应分析。桥梁结构的安全性十分重要,若采...

地震反应分析早期主要采用简化的静力法,20世纪50年代后发展为动力法的弹性反应谱理论,20世纪60 年代后随着计算机技术的迅速发展,则对重要结构开始进行地震时程反应分析。桥梁结构的安全性十分重要,若采用完全由结构抗震型设计,桥墩及结构尺寸则会很大、配筋增多,这不仅会极大地影响结构的经济性,还势必会影响到整个桥梁的美学造型和净空要求。因此,桥梁迫切需要采用结构控制技术,通过应用隔震效果好、尺寸较小的减隔震装置解决上述难题,实现结构的优化设计,确保工程项目的安全、适用、经济、美观。

工程概况

本工程桥梁为预应力混凝土连续箱梁,跨径组成为30+35+30m。桥梁桥宽17.5m,桥面净宽16.5m。箱梁梁高1.8m,单箱三室,悬臂2.2m,桥面铺装采用8cmC50混凝土铺装层+9cm沥青混凝土铺装。0、3号台为三柱式台,柱距为5m。1~2号桥墩为中墩,三柱式墩,桩接柱,柱距5m,1#墩柱高7.5m,2#墩柱高8.5m,柱径为1.6m,桩径1.8m。工程所在位置地震动峰值加速度为0.2g,地震基本烈度为Ⅷ度,反应谱特征周期0.4s。桥梁属B类桥梁,需按提高一级抗震设防。此外,拟建场地地形起伏较大,地貌较为复杂,处于8度地震区。

结构计算参数确定

根据本工程地震烈度和场地土类别,采用和场址场地土条件相近的天然地震波,经调整得到和设计加速度反应谱兼容的一组地震波,B类桥梁E2地震下抗震重要性系数取1.7。

结构的约束条件为:采用表征土介质弹性值的m参数计算的等代土弹簧刚度模拟桩土作用,桩底固结;主梁与桥墩根据实际支座类型建立非线性连接。全桥单元采用梁单元模型,1#、2#墩顶采用 HDR 固定型支座,0#、3#台顶采用HDR高阻尼支座,支座恢复力力学模型。

高阻尼支座

其中,K1 为屈服前刚度,K2 为屈服后刚度,Sy 为屈服位移量,Sd 为设计阻尼位移,Fy 为屈服力,Fd 为设计阻尼力;K0 为屈服前刚度,X0y 为屈服位移,F0y为滑动摩擦力。

从上表可知,采用普通盆式支座时:1#墩设置固定、单向支座,0#、2#、3#墩台设置单向/双向活动支座。设置固定支座的 1#墩承受的纵向地震力产生的弯矩特别大。在E2水准地震作用下,1#墩底最大顺桥向弯矩是2#墩底承受的10.7倍。2#墩墩底顺桥向内力减震率为负,是因为非隔震状态下, 2#墩顺桥向设置活动支座,E2地震下所受的水平力为滑动摩擦力,而采用HDR高阻尼支座隔震状态下,全桥协同抗震,2#墩墩底顺桥向内力虽然会大一些,但整体地震力水平较低。

采用高阻尼支座时:与非隔震普通盆式支座状态进行墩底受力相比,减震效果明显,墩底顺桥向弯矩最大减震58%,墩底横桥向弯矩最大减震72%。

结论

1、高阻尼支座在桥梁上部结构与下部结构设置隔震层,可有效改善结构在地震力作用下的受力状态。

2、采用非隔震支座时,对于设置固定支座的桥墩,在地震力的作用下,将承受巨大的内力作用。

3、通过高阻尼支座滞回耗能有效地减少了桥墩承受的弯矩和剪力,降低了墩顶纵横向位移,取得了优异的减隔震效果。

4、通过合理的减隔震设计,使得每个桥墩纵向和横向承受的地震力较均匀,由原结构的单墩抗震演变为全桥桥墩共同抗震,从而保证了桥梁结构抗震安全。

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