矮塔斜拉桥减隔震措施研究

摘要：本文简要介绍了矮塔☁斜拉桥，探讨了桥梁减隔震的相关措施，并通过有限元软件对某矮塔斜拉桥进行动力特性和时程分析，以了解减隔震性能。

关键字：矮塔斜拉桥 桥梁抗震 反应谱 动力时程 铅芯橡胶支座

0 引言

我国处于欧亚地震带上，是一个地震多发的国家。作为交通线关键工程的铁路桥、公路桥、城市高架桥等将在突发的地震灾害中遭到损坏，造成交通中断，给后续救助工作造成了极大的困难，因此对桥梁抗震性能的研究十分必要，而桥梁抗震性能主要通过减隔震等相关措施实现。

1 矮塔斜拉桥的结构特性

矮塔斜拉桥是介于连续梁桥和斜拉桥之间新的桥梁结构形式，由受弯的主梁、受拉的拉索、受压的主塔构成。矮塔斜拉桥桥塔高度小，主梁刚度大，布索区短，全桥刚度由梁体提供，拉索仅起加强作用，桥塔上多采用索鞍形式，结构设计一般对称，塔底不平衡弯矩较小，整体受力较均衡。与梁桥相比， 这种桥型造型美观， 结构的表现内容丰富，而且具有良好的经济指标，得到了越来越多的应用。

2 减隔震措施

减隔震措施分为减震措施和隔震措施。减震措施是指用各种阻尼器与结构组成耗能、吸能的体系，利用自身的减震吸能作用，较理想的减小地震破坏，对于突发强震也有很好的预防作用和承受能力，常见包含液压粘滞阻尼器、摩擦阻尼器等，多应用于大跨径桥梁；隔 ☻震措施就是通过延长结构结构自振周期，同时限制位移，从而避开地震动的卓越周期，避免共振的发生，从而减小地震作用，常见的有铅芯橡胶支座和高阻尼橡胶支座等，应用于高烈度区大中小桥梁上。考虑到矮塔斜拉桥跨径较小，不易采用阻尼器，从而选取应用普遍的铅芯橡胶支座作为减隔震的措施。

3 铅芯橡胶支座

铅芯橡胶支座作为隔震措施的一种，应用十分广泛，其主要构件为普通的板式橡胶支座，在中心加入了铅芯，这么做可以很好的改善橡胶支座的阻尼性能，下图就是铅芯橡胶支座的基本构造图。

图1 铅芯橡胶支座构造示意图

4 动力特性和时程分析

图2 南淝河大桥全桥有限元模型

结构的动力特性是指结构自身固有的，包括固有频率，振型和阻尼等，它们的大小取决于结บ构自身，如结构体系、刚度、边界条件等。

动力时程分析需根据规范要求，从强震记录和人工波中选取三条地震动加速度时程曲线，其中两条选自强震记录，分别为E1-centro波和Taft波，另外一条选自人工合成波，采用反应谱转人工加速度时程曲线的程序SIMQKE-GR来实现，时程曲线（部分）如下所示：

图3 1940 E1 Centro 波时程曲线

图5 拟合人工波反应谱曲线

图6 拟合人工波时程曲线

表1 各方案固有周期对比表

方案 普通支座桥梁 铅芯橡胶支座桥梁

在计算模型中导入选取的三条地震波，通过动力计算，可以得到如下时程曲线（部分）：

图7 铅芯支座桥梁主塔顺桥向位移时程曲线

图8 铅芯支座桥ฃ梁跨中弯矩时程曲线

表 2 各方案位移与内力弯矩计算值

方案 普通支座桥梁 铅芯橡胶支座桥梁 减震率

边跨斜拉索终点竖向剪力（KN） 671 470 30.0%

主塔根部横向弯矩（KN.m） 44577 35834 19.6%

跨中横向弯矩（KN.m） ❥6436 4285 33.4%

通过计算我们可以知道，南淝河大桥在安装了铅芯橡胶支座后，无论是位移、剪力还是弯矩都有较大幅度的减小，体现出铅芯橡胶支座的隔震效果。

5 结论

本文以南淝河大桥为背景桥梁，运用有限元软件Midas Civil建立了全桥动力分析模型，选取普通支座和铅芯橡胶支座作为对比，对其进行了动力特性和时程分析，取得的主要结论如下所示：

（2）在减隔震的计算中，时程分析对地震波的选取有着严格的要求，这样可以得到较为准确的结果。

（3）相比于减震阻尼器等装置，隔震支座可以有效减小地震作用，并具有很好的经济性能，值得大规模的推广应用。