赵巍

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司海南海口　570312）

减隔震构件在城市高架桥梁中的应用

赵巍

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司海南海口570312）

减隔震构件因其良好的力学性能、抗震效果以及高阻尼、底刚度、耐久性好等优点，近年来在桥梁抗震措施中得到了广泛的发展和应用，成为各种桥梁抗震设计方法中最为经济有效的一种。本文以海口市快速路网骨干工程海秀快速路为设计依托，从设计角度阐述减隔震构件在高烈度地区城市高架桥梁中的设计与应用。

桥梁设计；地震；减隔震支座

1　前言

近年来，我国突发几次特大地震，造成了大量房屋、道路、桥梁等基础设置损毁及人员伤亡，震后也引起了社会各界的广泛关注。2011年，住建部颁布了《城市桥梁抗震设计规范》，交通部也相继颁布了《公路工程抗震规范》及《公路桥梁抗震设计细则》。相较老规范，新规范引入了桥梁延性设计和能力保护原则设计，加入桥梁减隔震设计的抗震理念和设计方法，有效的提高了桥梁的抗震性能。

2　减隔震构件

减隔震构件一般是以降低结构地震反应，减小地震对上部结构的损害为主要设计原则，通过相应构件来延长结构自震周期，增加阻尼，使用耗能装置抑制结构的位移，从而削减地震力对上部结构的能量输入，达到保护桥梁结构的目的。

从震后的调查与研究中发现，桥梁因墩柱、支座、挡块等连接构件破坏进而引起上部梁体破坏的现象较为普遍。设计中通过安装具有减隔震功能的支座，并限制其竖向位移，可以较好的引导结构损伤，将大部分地震力集中于支座上，改善桥梁整体构件的抗震性能。

3　桥梁抗震设计

本文依托的海口市快速路网骨干工程海秀快速路，位于海南省海口市，属于强震区，根据《中国地震动参数区划图》，本工程地震设防烈度Ⅷ度，峰值加速度0.3g。根据中国地震灾害防御中心针对本项目所做场地安全性评估报告显示，局部场地水平地震动加速达到0.35g。

根据《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ166-2011）规定，本工程抗震设防措施等级为9级，抗震设防类别为乙类。在该烈度水平下，通常的减隔震支座会产生支座位移过大，无竖向限位能力等弱点，因此结构应设置限位措施并应设置限制支座竖向位移。

为了保证桥梁在强震后满足应急交通的需求，本工程采用减隔震设计方法（对应规范抗震体系Ⅱ）。具体的抗震设防目标如表1。

表1　

综上所述，本项目在地震烈度各项指标都较高的情况下，对减隔震支座的选择提出了较高的要求。结合抗震计算结果及我国已建项目经验，选取3种较适合本项目的主要抗震措施进行抗震设计。

4　双曲面球型减隔震支座

4.1功能概述

双曲球面型减隔震支座是将普通球型滑动支座进行改造而开发的。该支座采用两个曲面摩擦副来共同实现支座的承载、转动、滑移及减隔震功能。它主要由上座板（含不锈钢板）、中座板（含不锈钢板）、下座板、限位装置、非金属滑板等组成；同时还包括锚固联接结构和密封防尘结构等配套构件。

双曲面球型减隔震支座在正常条件下，同普通球型支座一样起承载、转动和滑移作用；发生地震时，当地震产生的水平力大于一定值时，限位装置自动解除，同时支座以设定的曲率半径和摩擦系数滑移，延长桥梁震动周期，降低动力加速度，滑移过程消耗地震能量。地震过后，支座能够自动复位。

支座运动滞回曲线如图1可见，其双线性滞回曲线，线形平滑饱满。

图1　双曲面球型减隔震支座滞回曲线图

4.2支座安装

支座与梁、墩台均采用地脚螺栓+底柱形式连接，墩台顶面支承垫石需预留锚栓孔，支座在工厂组装时，仔细调平，对中上、下座板，用连接螺栓将支座连接成整体。凿毛支座就位部位的支承垫石表面，清除预留孔中的杂物，安装灌浆用模板。支座就位部位的支承垫石表面，清除预留孔中的杂物，安装灌浆用模板。用混凝土楔块楔入支座四角，找平支座，在支座底面与支承垫石之间应留有20～50mm空隙，安装灌浆用模板。

仔细检查支座中心位置及标高后，用无收缩高强度灌注材料重力式灌浆，灌注支座下部及锚栓孔间隙处，灌浆过程应从支座中心部位向四周注浆，直至从模板与支座底板周边间隙观察到灌浆材料全部灌满为止。

4.3支座特点

双曲面球型减隔震支座具有理想的减隔震能力，支座的滞回曲线重合性较好，支座的摩擦耗能内力稳定，能有效延长减隔震结构的自震周期，有较强的自恢复能力，能够满足高烈度区桥梁的抗震要求。

5　铅芯隔震橡胶支座

5.1功能概述

铅芯隔震橡胶支座是由橡胶片和薄钢板交替叠合后硫化而成，并灌有铅芯。其中薄钢板的作用是约束橡胶片的横向变形，使橡胶支座具有与常规构件等同的竖向刚度。

橡胶片的作用是提供需要的水平位移，降低水平刚度，一般橡胶支座的水平刚度是常规构件的1‰。灌入铅芯的目的：①提供支座适度的阻尼，提高支座的吸能效果；②增加支座的早期刚度，对控制风反应和抵抗地基的微振动有利。隔震支座的参数和性能主要由上述三者的合理组合而确定。

5.2支座技术要求

铅芯隔震橡胶支座的参数选取直接影响其隔震效果，对于不同的抗震指标要求，可以选取不同的支座参数。结合内外学者的大量实验对比研究，根据本工程具体情况，提出以下技术要求：

（1）铅芯隔震橡胶支座竖向和水平力学性能要求应符合表2规定。

表2　

（2）耐久性要求如表3。

表3　

（3）各种相关性能要求如表4。

表4　

5.3支座安装

本系列支座与梁、墩台均采用锚固螺栓形式连接，墩台顶面支承垫石需预留锚栓孔。凿毛支座就位部位的支承垫石表面，清除预留孔中的杂物，安装灌浆用模板。用混凝土楔块楔入支座四角，找平支座，在支座底面与支承垫石之间应留有20～50mm空隙，安装灌浆用模板。采用重力灌浆方式，灌注支座下部及锚栓孔间隙处，灌浆过程应从支座中心部位向四周注浆，直至从模板与支座底板周边间隙观察到灌浆材料全部灌满为止。

5.4支座特点

铅芯隔震支座具有良好的减震效果，通过选择合理的竖向和水平刚度、等效阻尼比等性能参数，达到其延长整体结构周期，耗散地震能量的抗震效果，较适宜用于高烈度区桥梁抗震设计。

6　三向限位装置

6.1功能概述

本项目抗震设防烈度为国内同类城市高架桥梁中的较高值。在该烈度水平下，经过抗震科研研究和大量计算分析，墩柱处会发生墩梁提离，减隔震支座会产生支座位移过大，无竖向限位能力等弱点。因此，本工程桥梁结构需要设置额外的装置提供限位功能，平衡结构的位移反应与内力反应，使其达到双控。

为了达到上述限位目的，本工程引入一种三向限位装置。该装置由上挡块、下挡块、缓冲装置及摩擦副组成。上挡块和下挡块由框架钢结构与锚固系统组成，上下挡块反扣为十字形限位系统，缓冲装置由设定刚度的橡胶缓冲垫或其他弹性衬垫组成，摩擦面设置在上下挡块十字形接触面上，由不锈钢板、间隙、聚四氟乙烯滑板和承压橡胶层组成。

6.2限位装置安装

在支座安装的同时，将本三向限位装置安装于墩梁之间，作为墩梁三向复合限位构件使用，属于减隔震支座体系的重要组成部分，使支座系统始终处于安全工作状态。

为保证三向限位装置安装精度和稳定性，安装时需搭设临时支撑，配备调整锲块，千斤顶等。临时支撑可细微调整其位置，同时起到临时固定作用，为限位装置安装不可分割的一部分。

6.3装置特点

本三向限位装置制作简单、经济耐久、安装方便、受力机理清晰，将传统分离式挡块集成在一起，可有效限制地震作用下墩梁之间过大相对位移保证支座正常位移及防止地震作用下主梁竖向提离，同时通过缓冲装置缓冲墩梁撞击力，有效减低下部结构地震力。

7　结语

综上论述，减隔震设计在桥梁设计领域逐渐被设计人员重视并采用，减隔震支座可有效的改善桥梁在地震作用下的受力状况，在中外已建的工程中，已有部分采用减隔震技术的工程经受住了强烈地震的考验。双曲面球型减隔震支座及铅芯隔震橡胶是目前使用较广技术较成熟的两种减隔震支座，与三向限位装置配合使用，是目前为止桥梁上应用最为稳定的抗震控制技术之一，也是今后桥梁抗震设计发展的方向。

[1]《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ166-2011）.

[2]《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）.

[3]彭天波，李建中，范立础.双曲面球型减隔震支座的开发及应用.同济大学学报，2007，35（2）.

[4]彭泽友.减隔震装置设计及在桥梁抗震中的应用.中国交通建设股份有限公司，2014，11.

[5]《公路桥梁铅芯隔震橡胶支座》（JT/T822-2011）.

[6]吴斌，庄军生.铅锌橡胶支座力学性能及其在桥梁工程中减隔震应用研究.中国铁道科学，2004，25（4）.

U44

A

1673-0038（2015）26-0299-02

2015-6-9

赵巍（1982-），男，工程师，本科，主要从事桥梁设计工作。