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元氏厦漳跨海大桥北汊南引桥应用隔震支座受力分析

双林隔震支座  2020/9/20 9:37:42  600
内容摘要:厦漳跨海大桥北汊南引桥起于厦门海沧岸厦漳分界线青兴路附近的青礁枢纽立交桥,止于漳州龙海市沙坛村后宅处。 按双向六车道高速公路标准设计,设计车速100km/h,设计基准期100a,车辆荷载等级取公路 -...

厦漳跨海大桥北汊南引桥起于厦门海沧岸厦漳分界线青兴路附近的青礁枢纽立交桥,止于漳州龙海市沙坛村后宅处。 按双向六车道高速公路标准设计,设计车速100km/h,设计基准期100a,车辆荷载等
级取公路 -I 级,全长3962.4m,分为13联,桥面宽33m,主梁采用强度为C50的钢筋混凝土连续箱梁,截面为单箱单室形式。 采用钻孔灌注桩,桩分为2段,下段桩直径为1.6m,上段桩直径为2.0 m。 墩高范围18.059~10.625m,墩身混凝土强度C40。 基于分析考虑,本文选取北汊南引桥第10-12联进行计算分析。

减隔震设计

1、减隔震原理

图 4(a)为结构的加速度反应谱,由图可知结构随着周期的延长其地震反应加速度能够得到有效的降低;而由图 4(b)知,随着结构自振周期的增加,结构位移也同时增加,为了减小结构的位移可以采用增加结构阻尼的方式,从而最终减小地震对结构整体的影响。 

减隔震的设计原理是:

1)增加结构的柔性以延长结构的自振周期,减小由地震所产生的地震荷载;

2)增加结构的阻尼,以减小随着结构自振周期的延长而增加的位移。

隔震支座

2、常用桥梁减隔震支座模型模拟

目前应用较为广泛的为铅芯橡胶支座、摩擦摆式支座与高阻尼橡胶支座,其中铅芯橡胶支座是在普通橡胶支座的中部或中心竖直地压入铅芯,利用铅芯在地震作用中的弹塑性性能来达到耗散地震能量的效果。 由于铅的屈服应力较低,并在塑性变形条件下具有较好的耗能特性,被视为一种良好的阻尼器。 铅芯橡胶支座具有较好的滞洄特性,其初始剪切刚度可以达到板式橡胶支座刚度的10倍以上,其屈服后的刚度接近板式橡胶支座的剪切刚度。 基于铅芯橡胶支座的滞洄曲线近似的接近双线性行为,可用双线性模型模拟,其滞洄曲线见图5;而板式橡胶支座或活动盆式橡胶支座屈服后并不具备良好的可塑性,其滞洄曲线模型见图6。

元氏铅芯隔震支座性能

能够改善结构在地震作用下的影响,减小了上部结构传给桥墩的力。 可以看出,顺桥向在非固定墩处采用铅芯支座的内力要大于盆式支座,而在固定墩处盆式支座内力明显大于铅芯橡胶支座。 顺桥向在
固定墩处弯矩、剪力减小约80%,在非固定墩弯矩增加60% ~70%,剪力增加50% ~65%,轴力在顺桥型全部墩均有减小,其范围为12% ~37%。 横桥向在全墩均减小,弯矩减小67% ~76%,剪力减小65% ~76%,轴力减小16% ~36%。导致此结果的主要原因是采用盆式支座时,4号墩为固定墩。 在地震作用下固定墩承受了大部分的惯性力,这样相应减小了其他非固定墩的受力。 而铅芯橡胶支座是由所有桥墩较均匀地分担全部的惯性力,这可以从图 中铅芯支座内力平稳增长的趋势得到很好的解释,与采用盆式支座出现较大幅度的波动有很明显的对比。 同时,经计算2种不同支座形式在地震作用下总的内力值基本一致。 横桥向由于2种支座均固定,没有出现顺桥向的幅值波动,但是从受力来看采用铅芯橡胶支座可以极大改善结构的受力情况。

通过比较分析,铅芯橡胶支座较盆式橡胶支座而言,其可以较大地改善结构的受力性能。

1、铅芯隔震支座可以延长结构在地震作用下的振动周期,增大结构的延性。 其在延长桥梁自振周期的同时还能有效地吸收地震的能量,从而达到减震的目的。

2、铅芯隔震支座能够改善结构在地震作用下的影响,减小上部结构传给桥墩的力。 在固定墩处盆式支座受力明显大于铅芯橡胶支座,弯矩约为铅芯橡胶支座受力的4.9倍、剪力约为5.1倍。 顺桥向在固定墩处弯矩、剪力减小约80%,轴力减小36%,在非固定墩弯矩增加60% ~70%,剪力增加50% ~65%,轴力减小12% ~37%。 横桥向在全墩均减小,弯矩减小67% ~76%,剪力减小65% ~76%,轴力减小16% ~36%。

3、主梁梁端位移,铅芯支座大于盆式支座。 主梁左右两端位移在横桥向平均增加约200%;顺桥向平均增加约20%。

基于以上的分析,铅芯隔震支座能有效改善连续梁桥各墩的受力状况,隔震效果明显。 在高烈度区的连续梁桥建议优先采用铅芯隔震支座。



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