李克磊

(宁夏公路勘察设计院有限责任公司，宁夏 银川 750001)

1 建立模型

选取宁夏境内省级高速公路S50寨科至海兴段4 m×30 m装配式预应力混凝土先简支后结构连续T梁桥进行分析，单幅桥宽12.50 m，盖梁尺寸为1.6 m×2.0 m。根据不同墩高，下部结构共采用四类尺寸，如表1所示。

根据以往工程经验，常规板式橡胶支座只能满足较小剪切位移，不能适应温度、地震及其它水平力作用下的较大剪切位移要求，支座易发生撕裂，故本文中按延性设计的桥梁支座采用能满足较大的剪切位移且与主梁、墩台进行有效连接的LNR系列水平力分散型橡胶支座，其中连续墩处采用固定型LNR-520×570×187，首尾非连续墩处采用滑动型LNR(H)-420×420×149。对于减隔震设计，连续墩处采用固定型高阻尼橡胶支座HDR(I)-520x570x237-G1.0，非连续墩处仍采用滑动型LNR(H)-420×420×149，所有支座参数如表2～4所示。

表2 固定型高阻尼橡胶支座参数

表3 固定型水平力分散型橡胶支座参数

表4 滑动型水平力分散型橡胶支座参数

桥位处抗震设防烈度为8°，设计基本地震动加速度峰值为0.2 g，特征周期为0.45 s，场地类别为Ⅱ类，故抗震设防类别为B类。因要考虑减隔震支座的非线性特性，故计算采用非线性动力时程分析方法。本文仅进行E2地震作用计算，根据提供的桥位处地震安全评估报告和地震动加速度时程数据，选取50年超越概率为2.5%的地震波各3条作为动力时程分析的地震动输入，计算结果取最大值。

应用MIDAS/Civil建立4 m×30 m连续T梁全桥模型，其中桩基采用6×6的桩土相互作用弹簧刚度矩阵来模拟每根桩顶处的刚度，刚度计算采用“m”法。

2 减隔震效果分析

2.1 墩底内力分析

按照表1中的尺寸体系建立模型，假定墩柱保持弹性状态，分别计算墩高由4 m变化到35 m的采用减隔震设计和延性设计的墩底顺桥向内力并进行对比，结果如图1、图2所示。

图1 对应不同墩高的墩底弯矩

图2 对应不同墩高的墩底剪力

由图2、图3可知，当墩柱高度为每一墩柱尺寸对应的墩高下限值时，采用减隔震支座的顺桥向墩底弯矩、剪力降低最为明显，对应4 m、15 m、25 m墩高的弯矩降低率分别为40.2%、31.3%、25.5%，剪力降低率分别为38.0%、28.5%、28%。随墩高增大，墩底弯矩、剪力降低率总体呈减小趋势，当墩柱高度达每一墩柱尺寸的墩高上限值，即15 m、25 m、35 m时，弯矩降低率分别减小至15.8%、15.7%、14.9%，剪力降低率分别减小至11.8%、22.4%、21.4%，减隔震效果不再明显。

2.2 位移反应分析

按照表1中的尺寸体系建立模型，分别计算墩高由4 m变化到35 m的采用减隔震支座的顺桥向支座变形和主梁位移，并列出二者的比值，结果如表5所示。

表5 减隔震支座变形占主梁位移比值

由表5可知，采用减隔震支座的顺桥向支座变形占主梁位移比值总体上是随墩高增大而减小(除了当墩柱高度为每一墩柱尺寸对应的墩高下限值时有小幅度的反弹)。这表明当墩高很小时，支座变形是上部结构位移主要组成部分，桥梁主要耗能部位在支座，减隔震效果明显；而随墩高增大，支座变形在上部结构位移中占比减小，墩柱位移成上部结构位移的主要组成部分，桥梁主要耗能部位在墩柱，减隔震的效果不再明显。

2.3 桥墩抗震能力需求分析

从以上墩底内力及位移反应变化趋势可以得出减隔震支座的减隔震效果随墩高增大而减弱，但是因为减隔震体系桥梁墩柱和基础应保持弹性状态，所以若判断墩高具体达到多少时减隔震支座不再适用还应依据桥墩抗震能力需求分析。

假定墩柱主筋直径28 mm，墩底处箍筋直径16 mm，间距7.5 cm。当墩柱直径为1.4 m，墩高在3～8 m之间时，分别计算主筋根数为20、28和38(对应配筋率为0.8%、1.12%和1.52%)这三种情况下的桥墩顺桥向等效屈服弯矩，再与E2地震作用下对应墩高的墩底顺桥向弯矩进行比较，得出抗震能力需求比，结果如图3所示。

图3 直径1.4 m的墩柱抗震能力需求比

采用减隔震体系时需保证桥墩基本保持弹性状态，即桥墩抗震能力需求比不小于1。由上图可知，随墩高增大、桥墩配筋率降低，桥墩抗震能力需求比下降。三种配筋率下，对应能力需求比为1的临界墩高分别为5.0 m、6.3 m和7.0 m。

考虑到某些工程中，对于15 m以下墩高，会采用刚度更大，如直径1.6 m的墩柱。因此，假定墩柱钢筋直径不变，计算墩柱直径为1.6 m，墩高在6～11 m之间，主筋根数为28、38和46(对应配筋率为0.86%、1.16%和1.41%)情况下的桥墩抗震能力需求比，结果如图4所示。

图4 直径1.6 m的墩柱抗震能力需求比

由图5可知，此时三种配筋率下，对应能力需求比为1的临界墩高分别为7.6 m、9.0 m和10.0 m。因此可以推断，当墩柱提高配筋率，或采用刚度更大的截面尺寸时，桥墩抗震能力将会提升，适用减隔震体系的临界墩高将会增大。但是，对于30 m T梁来说，考虑到经济型、美观性，墩柱配筋率和截面尺寸一般情况下不会很大，因此其适用减隔震体系的临界墩高也不会很高，盲目地不论墩高大小一律采用减隔震支座无疑是不经济、不合适的。

3 结 论

由以上针对4 m×30 m连续T梁桥的分析结果可得出以下结论。

(1)和采用延性设计的桥梁相比，采用减隔震设计的桥梁墩底弯矩、剪力降低率随墩高增大而减小，减隔震效果逐渐降低。

(2)采用减隔震设计的支座位移占上部结构位移比值随墩高增大而减小，表明减隔震支座的地震耗能逐渐减小，减隔震效果逐渐降低。

(3)桥墩配筋率和截面尺寸决定了桥墩的抗震能力，也最终决定了抗震力需求比为1的临界墩高，即适合采用减隔震设计的墩高。

(4)30 m T梁桥墩一般不会采用高配筋率、大尺寸的截面，故适用减隔震体系的临界墩高不会很高，在实际工程中对于桥墩较高的情况，需慎重使用减隔震支座。