三江通过建立抗震模型对比分析铅芯橡胶支座与板式支座的抗震性能

近年来我国相继颁布实施了《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/TB02—01—2008)和《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ166—2011)，规范中桥梁抗震设计理念、设计方法上有了非常大的进步，要求我们设
计工作者具备更多的抗震设计知识。

设置减隔震支座是一种简便、经济、先进的工程抗震手段；理想的减隔震支座需具备：在较低的水平力作用下，具有较高的初始刚度，变形很小；在地震作用下，支座屈服，在变形的过程中消耗地震能量，延长结构周期。铅芯橡胶支座是在分层橡胶支座中部插入铅芯而形成的隔震装置，它具有良好的力学特性，具有较低的屈服剪力(约为10MPa)和足够高的初始剪切刚度(G约为130MPa)，具有理想的弹塑性性能，且对于塑性循环具有很好的耐疲劳性能。它能够提供地震状况下的耗能能力和静力荷载作用下所需的支座刚度。但是其造价高，且在现场安装工作复杂，桥梁施T完成后养护或更换难度较大。

全桥考虑下部结构一上部结构的共同协同工作抵抗纵、横桥向地震作用。根据《公路桥梁铅芯三江隔震橡胶支座》(JT厂r822—2011)附录A的支座特性，采用一般连接中得“铅芯橡胶支座隔震装置”模拟铅芯橡胶支座的性能；根据《公路桥梁抗震设计细则》的6.3.7条计算板式橡胶支座刚度，采用弹性连接模拟板式橡胶支座的性能；用m法计算得到单桩刚度，对承台底进行弹性约束。全桥模型见图2、图3。

高墩较矮墩自振周期长；矮墩采用板式橡胶支座时，自振周期为0.707s，接近桥梁特征周期(0.65S)；采用铅芯橡胶支座时，桥梁自振周期明显变长，矮墩自振周期变化幅度较高墩大。同一联中，矮墩地震力较大；采用铅芯橡胶支座时，矮墩和高墩的地震力相当；采用铅芯橡胶支座时，地震力明显减小，矮墩地震力变化幅度较高墩大。附加截面在正常使用阶段长期效应组合下，上下缘未出现拉应力，#小正应力为：0.21MPa；短期效应组合下，#大拉应力为：一1.46MPa，#大主拉应力为：一1.46MPa；标准值组合下，#大压应力为：8.68MPa，#大主压应力为：8.72MPa。

钢束#大应力验算

正常使用极限状态荷载作用下，箱梁预应力钢束#大拉应力为：1185MPa，容许#大拉应力为：0.65×1860=1209(MPa)，满足规范要求。

主梁刚度计算

可变作用下截面的#大挠度允许值为：两边跨：L/600=32500/600=54.2(mm)(其中L为计算跨径)。根据计算结果表明，活载作用下边跨跨中节点竖向#大向下位移为：9.1眦Il，#大向上位移为：3.7mm。9.1+3.7=12.8(mm)<54.2mm，满足要求。

若采用板式橡胶支座，P9、P10墩地震作用下柱底#大组合弯矩M=13050(kN·n1)，对比桥墩屈服曲率曲线可知：墩柱已处于屈服阶段。桥墩立柱塑性铰区域斜截面抗剪强度设计值V=书(V。+V。)=2960(kN)>V。；故桥墩立柱满足能力保护构件的要求。若采用铅芯橡胶支座，桥墩立柱内力明显变小，则也能满足规范要求。

桥墩较矮，桥梁下部结构刚度较大时，采用铅芯橡胶支座能够明显延长结构自振周期，减小地震力，保证在强震作用下桥墩立柱处于弹性；桥墩较高，桥梁下部结构刚度不大时，采用铅芯橡胶支座后，桥梁自振周期变化不及矮墩，但地震力有明显的变化，能够改善桥墩立柱受力。

铅芯橡胶支座能够提供地震状况下的耗能能力，但是造价略高，且在现场安装工作较板式橡胶支座复杂。桥梁设计工作中，应结合桥梁抗震设防标准，根据工程实际需要合理选用铅芯橡胶支座和板式橡胶支座。