1、軌道交通高架連續(xù)梁減隔震適應(yīng)性研究摘要：在對(duì)寧溧城際軌道交通連續(xù)梁構(gòu)造進(jìn)展抗震專項(xiàng)分析中，針對(duì)橋墩尺度及景觀要求，結(jié)合延性設(shè)計(jì)及才能保護(hù)設(shè)計(jì)理念，進(jìn)展了采用減隔震支座的抗震適應(yīng)性研究。分析未隔震和雙曲面球型減隔震支座隔震條件下的罕遇地震響應(yīng)，研究結(jié)果說(shuō)明，各連續(xù)梁橋固定墩切向和徑向雙向、滑動(dòng)墩徑向隔震時(shí)，減震效果明顯。降低了構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)的難度，減小了橋墩尺寸及樁基配筋。關(guān)鍵詞：軌道交通；高架橋梁；減隔震設(shè)計(jì)；延性設(shè)計(jì)；才能保護(hù)設(shè)計(jì)1概述我國(guó)的城市軌道交通橋梁設(shè)計(jì)、建立處于飛速開(kāi)展階段，有關(guān)軌道交通抗震設(shè)計(jì)的思路方法也相應(yīng)在新公布的?地鐵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?及?軌道交通構(gòu)造抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?中進(jìn)展了規(guī)定，考慮

2、到軌道交通橋梁構(gòu)造在荷載形式、變形要求等方面，既不同于國(guó)鐵橋梁，也與公路橋梁有很大區(qū)別。因此，在進(jìn)展抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合軌道交通橋梁的特點(diǎn)做好構(gòu)造設(shè)計(jì)及抗震分析。尤其是設(shè)置單固定墩的連續(xù)梁構(gòu)造，采用單純依靠構(gòu)造自身“抗住地震力的設(shè)計(jì)思路，容易會(huì)出現(xiàn)地震力大一增強(qiáng)構(gòu)造抵抗力一構(gòu)造剛度增大一地震力進(jìn)一步增大一需再次增強(qiáng)構(gòu)造抵抗力的不利循環(huán)。因此，如何在滿足基于性能的多級(jí)設(shè)防原那么的根底上，能有效的控制橋墩及根底的體量，滿足其橋梁的城市景觀屬性，是抗震設(shè)計(jì)中需要認(rèn)真研究的問(wèn)題，南京至高淳城際軌道祿口機(jī)場(chǎng)至溧水段工程為聯(lián)絡(luò)南京中心城區(qū)與祿口機(jī)場(chǎng)、溧水的市域快速軌道交通線路，寧溧城際線路全長(zhǎng)約30.16

3、1km，其中高架線17.831km，其中跨越沿線道路主要采用主跨45m100m不等的連續(xù)梁構(gòu)造?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，連續(xù)梁由于縱橋向只有一個(gè)約束制動(dòng)墩，在設(shè)計(jì)地震作用下該制動(dòng)墩上的支座剪力計(jì)算值已經(jīng)偏大，假設(shè)考慮延性設(shè)計(jì)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，制動(dòng)墩上的支座剪力設(shè)計(jì)值那么應(yīng)該滿足罕遇地震作用，此時(shí)只有進(jìn)步支座抗震等級(jí)。-地震力作用下的支座程度力效應(yīng)值。 -支座程度抗力值此外該制動(dòng)墩處的設(shè)計(jì)程度剪力及彎矩值也相應(yīng)增加。假設(shè)加大截面尺寸，或配筋，又將使得墩底塑性鉸處的彎矩承載力增加，給作為才能保護(hù)構(gòu)件進(jìn)展設(shè)計(jì)的樁根底的設(shè)計(jì)帶來(lái)困難。因此，為了改善連續(xù)梁橋支座在地震作用下的受力狀況，并改善下部構(gòu)造樁基的抗震性能，設(shè)

4、計(jì)時(shí)，研究采用減隔振裝置來(lái)降低構(gòu)造的地震響應(yīng)，以下通過(guò)對(duì)減隔震在連續(xù)梁中的運(yùn)用實(shí)例，闡述了減隔震支座的減震機(jī)理，并通過(guò)非線性時(shí)程分析證明了軌道交通減隔震體系的有效性與可靠性，并提出了直接用于指導(dǎo)消費(fèi)的減隔震支座設(shè)計(jì)參數(shù)。2減震機(jī)理2.1 減隔震工作原理目前國(guó)內(nèi)使用較多的摩擦擺隔震支座主要是雙曲面球形減隔震支座，支座構(gòu)造圖見(jiàn)圖1-1所示：根據(jù)上蓋板曲面滑動(dòng)球面的形式，常采用兩種支座形式：柱面支座和球面支座，柱面支座某單方向曲率為零，僅有摩擦耗能才能而無(wú)恢復(fù)力，而另一方向曲率不為零，具有恢復(fù)才能和摩擦才能，一般位于過(guò)渡或中間墩上。球面支座各個(gè)方向曲率半徑相等且不為零，均具有恢復(fù)才能和摩擦才能，一般

5、置于固定墩上。2.1摩擦擺隔震支座的分析模型圖2-3為摩擦擺隔震支座的恢復(fù)力模型，由圖6-5可知，摩擦擺隔震支座的程度力可表示成恢復(fù)力和摩擦力之和，當(dāng)擺角很小時(shí)，可表示成如下形式：在摩擦擺隔震支座的恢復(fù)力模型中，幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的物理意義為 ：為初始剛度， 為摩擦擺的擺動(dòng)剛度， 為屈從位移，H為兩個(gè)球面的球心距，分別可用以下公式表示：從等效剛度的計(jì)算公式來(lái)看：增大支座的球心距對(duì)于減小地震的內(nèi)力響應(yīng)效果較好，但支座的變位會(huì)相應(yīng)增大；而增大支座的摩擦系數(shù)可有效地減小支座的位移，但地震內(nèi)力響應(yīng)會(huì)增大。3構(gòu)造分析模型及地震參數(shù)3.1 構(gòu)造分析模型建立各類型橋梁構(gòu)造的動(dòng)力特性分析采用空間有限元程序MIDAS

6、/CIVIL，建模時(shí)主梁、橋墩、承臺(tái)均采用空間梁?jiǎn)卧M，在承臺(tái)底用六個(gè)彈簧剛度模擬群樁根底的剛度。各橋型構(gòu)造有限元計(jì)算模型見(jiàn)圖3-1圖3-3所示，考慮到構(gòu)造計(jì)算的準(zhǔn)確性，計(jì)算模型中將邊跨兩側(cè)簡(jiǎn)支梁半跨重量作為質(zhì)量加載到邊墩上。以下為局部構(gòu)造有限元模型：3.2 地震動(dòng)參數(shù)根據(jù)本線的工程場(chǎng)地設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)專題報(bào)告，選取了3條50年2%的概率程度下的程度向加速度時(shí)程，圖3-4給出了50年超越概率2%的概率程度下的程度向地表加速度時(shí)程的3條時(shí)程曲線。3.3 罕遇地震作用下地震響應(yīng)如按常規(guī)支座進(jìn)展計(jì)算，得到的各橋梁構(gòu)造在罕遇地震作用時(shí)的固定墩內(nèi)力如下：可以看出，固定墩墩頂剪力和承臺(tái)底彎矩均較大，采用相

7、應(yīng)地震等級(jí)的抗震支座已經(jīng)無(wú)法滿足承載力需求，需加大支座抗震等級(jí)。3.4 罕遇地震作用下隔震分析考慮到軌道交通高架橋假設(shè)遭遇中小地震時(shí)摩擦擺式支座銷栓剪斷，會(huì)給支座的更換維護(hù)帶來(lái)不便，因此各連續(xù)梁橋在中小地震作用下要求摩擦擺式支座的銷栓未剪斷可通過(guò)控制摩擦擺式支座的限位裝置-銷栓的承載才能來(lái)實(shí)現(xiàn)。在罕遇地震作用下，摩擦擺式支座的銷栓剪斷，摩擦擺式支座起隔震作用。以34.5+3x35m、45+70+45m連續(xù)梁為例，非線性時(shí)程計(jì)算分析結(jié)果如下所示。134.5+3x35m連續(xù)梁隔震分析結(jié)果3.4 隔震效果分析采用摩擦擺式隔震支座后，隔震效果見(jiàn)下表3.3與表3.4所示。從表3.4、表3.5可以看出，設(shè)

8、置摩擦擺式減隔震支座后，橋墩縱向彎矩減震率達(dá)8090%左右，橫向減震率可達(dá)6080左右%，說(shuō)明隔震支座減震效果優(yōu)良。采用減隔震支座后，再進(jìn)一步驗(yàn)算構(gòu)造在罕遇地震作用下，是否還可以處于彈性工作狀態(tài)，對(duì)固定墩及根底強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表3.6表3.9。經(jīng)計(jì)算，上述構(gòu)造各項(xiàng)應(yīng)力指標(biāo)均滿足彈性設(shè)計(jì)要求，因此，采用減隔震支座后，在罕遇地震作用下，連續(xù)梁橋各固定墩以及樁根底構(gòu)件應(yīng)力值在縱橋向和橫橋向均小于容許應(yīng)力，橋墩構(gòu)造在彈性范圍內(nèi)工作，滿足抗震設(shè)計(jì)要求。結(jié) 論通過(guò)對(duì)寧溧城際連續(xù)梁橋在罕遇地震作用的地震反響分析，根據(jù)連續(xù)梁方案在地震作用下制動(dòng)墩上的支座剪力難以滿足設(shè)計(jì)要求的特點(diǎn)，提出了雙曲面球型摩擦擺式支座的

9、隔震設(shè)計(jì)方案；最后根據(jù)墩身截面以及樁根底單樁截面的配筋形式，以及地震響應(yīng)分析結(jié)果，對(duì)構(gòu)造在不同設(shè)防水準(zhǔn)下的抗震性能進(jìn)展了驗(yàn)算，根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果得出如下結(jié)論：1 罕遇地震作用下，采用常規(guī)抗震支座，連續(xù)梁固定墩縱橋向各約束橋墩控制截面的應(yīng)力均大于容許應(yīng)力，橫橋向所有墩控制截面應(yīng)力均大于容許應(yīng)力，構(gòu)造進(jìn)入彈塑性工作階段。橋墩按延性設(shè)計(jì)，樁根底按照才能保護(hù)設(shè)計(jì)原那么進(jìn)展，樁根底需加強(qiáng)配筋，并按混凝土及鋼筋的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度進(jìn)展驗(yàn)算，認(rèn)為實(shí)際樁根底構(gòu)件發(fā)生可修復(fù)損傷。2 連續(xù)梁構(gòu)造采用雙曲面球型摩擦擺式減隔震支座后，橋墩及其樁根底等構(gòu)造仍然處于彈性工作階段，滿足抗震設(shè)計(jì)要求。綜上所述，對(duì)于軌道交通連續(xù)梁構(gòu)造，考慮到固定墩承受主要地震力的特點(diǎn)，為維持