贾 渊 白 航

(河北建筑工程学院土木工程学院，河北 张家口 075000)

1 引 言

地震作为大自然非人为可控制的灾害，对桥梁危害尤为严重，由于我国也是地震多发国，面临以上问题，对各种桥梁抗震的研究具有重要意义[1-2].如何能提高桥梁的抗震性能提高桥梁可靠性，减少地震对桥梁工程的损害，成为当今桥梁发展中的一个难题[3].

对于传统桥梁抗震主要通过增加桥梁的强度、延展性、刚度来实现，即通过桥梁自身吸收地震能量来进行抗震[4].但是如何采取其他措施来提高桥梁抗震能力，如何通过现有技术提高现有桥梁抗震能力，最好的方式是从现有已经被地震破坏的桥梁展开研究，对各种破坏机理、模式进行合理的分析，利用现有的数据及资料进行现有破坏桥梁的归纳总结，对将来桥梁设计及施工都有很宝贵的参考价值[5].

对于桥梁抗震方面的研究国内起步较晚，但仍然取得了丰硕的研究成果，叶献国[6]通过对地震频谱分析与桥梁震动频谱分析相结合，提出能量谱方法在桥梁抗震中的有效性.其后，叶燎原[7]对能量谱进行了更加详细的介绍，对能量谱工作性质及原理进行说明.聂利英[8]通过非线性理论分析，研究桥梁在地震条件下产生的碰撞影响，并比较滑动支座与橡胶支座的优劣，为桥梁支座抗震研究做出了巨大贡献.张勤[9]以汶川地震破坏桥梁作为研究对象，对国内桥梁抗震设计提出问题，同时对比国外桥梁抗震设防标准，提出我国在桥梁抗震设计当中的改进，为以后桥梁抗震计算方式及桥梁抗震标准的改善提供了参考.

基于上述分析，本文先对地震对桥梁危害进行分析，运用有限元软件ABAQUS，采用两种支座形式：板式橡胶支座和高阻尼橡胶支座，从自振频率、支座水平受力、梁位移、支座位移及墩顶位移作为研究对象进行比较，得到的结果为桥梁抗震设计中支座结构的选择提供参考.

2 模型建立

2.1 桥梁模型建立

通过ABAQUS软件建立模型，模型建立抗震设防烈度为8度，场地类型为2类，桥梁阻尼比不超过0.05，本模型中采用阻尼比为0.05.该桥梁结构分为5跨，每跨长度为40 m，墩高设置为30 m，选择整个桥梁作为研究对象，中间梁采用3×40 m+3×40 m箱梁，并且采用2.5×6 m薄壁桥墩，对于模型采用非线性时程分析方式，支座和桥墩都采用固结的方式处理.

建立桥梁模型如图1、2所示.

图1 40m桥梁模型

图2 40m桥梁模型网格划分

2.2 模型参数

建立模型的时候边界条件、截面属性、材料参数都是按照实际情况确定，桥模型材料型号如下表1所示，桥体材料基本属性如表2所示.

表1 桥模型材料型号

表2 材料属性

3 数值结果分析

本文选择40 m跨度桥梁，对整体桥梁参数进行分析，桥墩高度分别为3、6、9及12 m，摩擦系数为0.35、0.30、0.25、0.20、0.15、0.10，以支座位移、结构自振频率、水平力、梁位移、支座位移及墩顶位移作为研究对象，通过比较分析得到结果如下.

3.1 墩高及摩擦系数对支座位移影响分析

为了研究墩高与摩擦系数对支座性能的影响，本模型中选择墩高为3、6、9、12 m.摩擦系数分别为0.35、0.30、0.25、0.20、0.15、0.10，支座规格尺寸都为720×720×294，刚度为2.7 kN/mm，改变支座形式，以支座位移作为评价标准，地震波方向设定为横向、纵向及竖向进行设定，具体结果如表3、4所示.墩高12 m、摩擦系数0.25时支座抗震性能高低主要通过回归曲线确定，回归曲线如图1、2所示.

表3 在地震波作用下板式橡胶支座产生的支座位移

表4 在地震波作用下高阻尼橡胶支座产生的支座位移

图1 板式橡胶支座滞回曲线 图2 高阻尼橡胶支座滞回曲线

从图1和图2所示展现出不同形式橡胶支座条件下做出的回归曲线，从两者回归曲线可知：板式橡胶支座与高阻尼橡胶支座都有很好的抗震性能，而且能够达到很好的吸能效果，但是两者比较可知，受同样地震波作用下，板式橡胶支座位移较大，故相对高阻尼橡胶支座抗震性能较差一些.从表3和表4可知：例如在墩高3 m、摩擦系数为0.1条件下，板式橡胶支座位移为242 mm，而高阻尼橡胶支座位移为187 mm，相对位移增加了23.73%.

表5 不同支座形式结构自振频率

3.2 两种支座形式动力响应分析

对桥梁抗震性能分析最主要研究方式是对其动力分析，把桥梁当做一个连续梁，然后分析其动力响应.采用不同支座设计方案，经过有限元分析计算得到如表5所示的前5阶自振频率.

从表5中可以得到：与高阻尼橡胶支座相比，板式橡胶支座能够很好的降低桥体自振频率，即可以降低地震对桥梁本身的影响，从而可知，当地震来临时，采用板式橡胶支座能够大幅度降低上部结构对下部结构的影响.

3.3 两种支座形式下结构地震响应分析

为了研究不同支座形式作用下结构地震响应，选用三条地震波作用于桥梁，通过时程分析法，以支座水平反力、梁位移、支座位移、墩顶位移作为评价标准，得到结果如表6-9所示.

表6 支座水平反力

表7 梁位移

表8 支座位移(剪切变形)

表9 墩顶位移

从以上表6～9可知，上述两种支座形式都能够很好的起到减震效果，使墩顶位移大幅度减小，特别是高阻尼橡胶支座对梁体的位移影响更大，但是两者比较可以得出，板式橡胶支座在地震作用下产生更大的位移，相对于其他支座位移增大了20%-30%之间，而且其成本方面还要高于高阻尼橡胶支座，故桥梁抗震设计中不建议采用板式橡胶支座作为抗震结构.而高阻尼橡胶支座具有很好的自复能力，地震后能够很好的达到稳定状态，故应该被推荐.

4 结 论

文章通过有限元软件ABAQUS对不同支座形式下桥梁动力响应进行计算分析，以结构自振频率、支座水平反力、梁位移、支座位移、墩顶位移作为评价标准，得出以下结论：

(1)板式橡胶支座与高阻尼橡胶支座都有很好的抗震性能，而且能够达到很好的吸能效果，但是两者比较可知，受同样地震波作用下，板式橡胶支座位移较大，故相对高阻尼橡胶支座抗震性能较差一些.

(2)板式橡胶支座能够很好的降低桥体自振频率，即可以降低地震对桥梁本身的影响，从而可知，当地震来临时，采用板式橡胶支座能够大幅度降低上部结构对下部结构的影响.

(3)板式橡胶支座在地震作用下产生更大的位移，相对于其他支座位移增大了20%-30%之间，而且其成本方面还要高于高阻尼橡胶支座，故桥梁抗震设计中不建议采用板式橡胶支座作为抗震结构，应该采用高阻尼橡胶支座.