连续钢桁梁桥摩擦摆支座减隔震设计

连续钢桁梁桥摩擦摆支座减隔震设计

王洁

湖南省交通规划勘察设计院有限公司 湖南 长沙 410000

摘要：随着现代桥梁工程技术的不断发展，桥梁结构的减隔震设计越来越受到重视。特别是在地震活跃地区，如何通过合理的设计来减少地震对桥梁结构的破坏，确保桥梁的安全性和通行能力，成为了工程师们关注的焦点。摩擦摆支座作为一种有效的减隔震装置，在连续钢衍桥梁中得到了广泛应用。本文将对连续钢衍桥梁摩擦摆支座的减隔震设计进行详细探讨

关键词：连续梁桥；摩擦摆支座；减隔震；设计

引言

随着交通运输行业的快速发展，桥梁作为交通枢纽的重要组成部分，其安全性与稳定性越来越受到人们的关注。地震作为一种常见的自然灾害，对桥梁结构的安全构成了严重威胁。因此，如何在桥梁设计中采取有效的减隔震措施，提高桥梁的抗震性能，成为了当前桥梁工程领域的重要研究方向。摩擦摆支座作为一种有效的减隔震装置，在连续钢衍桥梁的减隔震设计中，通过合理的设计和优化，可以显著提高桥梁的抗震性能，保障桥梁的安全性和稳定性。

1摩擦摆支座概述

地震是一种破坏力极大的自然灾害，会造成大量的生命和财产损失。我国约有30%的主要城市处于抗震设防烈度大于7度的地区，桥梁作为“生命线系统工程”的重要部分，其抗震设计更应该引起重视。桥梁支座是桥梁抗震的薄弱部位，但传统上将其归类为“五小部件”，容易被工程技术人员忽视。当上部结构传来的惯性力大于桥梁支座的水平承载力时，震害极为普遍，给地震后桥梁的恢复带来了困难。如何保证在发生地震时桥梁支座的工作性能，使桥梁支座不破坏或尽量少破坏，并在地震后能尽快恢复支座的功能，是当前亟需研究的课题。

摩擦摆是一种常用的桥梁减隔震装置，其构造如图1所示，其在普通球形支座的基础上增加了球面滑动块，在正常工况下，可实现平动和转角功能，在地震工况下，通过“摆”的机理实现结构自振周期延长，摆的长度即为支座曲面半径。其本质上是一个弧面摩擦阻尼器，依靠曲面摩擦耗散地震能量，同时梁体在球面上运动，平动动能转换为势能，可起到控制结构平动位移的作用[1]。摩擦摆减震球面滑板与下座板之间均设有剪力销，确保静力工况下剪力销不发生剪断，球面滑板不工作，避免抬高梁体影响正常使用。地震来临时，剪力销达到熔断力后被剪断，摩擦摆发挥作用。在地震之后，可依靠结构自重自动复位。

图1摩擦摆减隔震支座构造图

2摩擦摆支座减隔震设计提高桥梁稳定性方式

摩擦摆支座减隔震设计在连续钢衍桥梁中的应用，主要通过以下几个方面提高桥梁的稳定性：

2.1消耗地震能量

当地震发生时，桥梁会受到地震力的作用，导致结构发生振动。摩擦摆支座的摩擦面在地震力的作用下会产生摩擦力，这种摩擦力可以消耗地震能量，减少地震对桥梁结构的直接冲击。通过这种方式，摩擦摆支座可以有效地减轻地震对桥梁的破坏。

2.2延长结构自振周期

摩擦摆支座的摆动机构可以使桥梁结构在地震中发生摆动，从而延长结构的自振周期。根据结构动力学的原理，延长结构的自振周期可以降低结构在地震中的共振效应，减少地震引起的振动幅度，从而提高桥梁的稳定性。

2.3分散地震力

摩擦摆支座通过其特殊的连接方式，可以将地震力分散到桥梁的各个部分，避免地震力集中在某一处导致结构破坏。这种分散地震力的作用可以提高桥梁的整体稳定性，确保桥梁在地震中的安全性。

2.4适应不同地震烈度

摩擦摆支座的减隔震设计可以根据不同的地震烈度进行调整。通过改变摩擦材料的摩擦系数、调整摆动机构的摆动角度等方式，可以使摩擦摆支座适应不同地震烈度的要求，确保桥梁在各种地震条件下都能保持稳定。

3连续钢衍桥梁摩擦摆支座减隔震设计步骤

（1）项目背景和目标定义：明确项目的地理位置、桥梁类型、地震特性等背景信息，确定减隔震设计的目标，如减小地震对桥梁的影响、提高桥梁的抗震性能等。

（2）地震分析和评估：对所在地区的地震历史、地震活动性进行分析，评估地震对桥梁可能产生的影响，为减隔震设计提供依据。

（3）桥梁结构分析：对桥梁的结构形式、材料特性、连接方式等进行详细分析，了解桥梁的静动力特性，为减隔震设计提供基础。

（4）摩擦摆支座选择和设计：根据桥梁的结构特性和地震分析结果，选择合适的摩擦摆支座类型，并进行详细的设计。设计过程中需要考虑支座的承载能力、摩擦系数、摆动范围等参数[2]。

（5）减隔震效果模拟和评估：利用数值分析或物理模型试验等方法，对采用摩擦摆支座的桥梁进行减隔震效果模拟和评估。分析支座的隔震效果、桥梁的地震响应等指标，确保设计满足要求。

（6）优化和调整设计：根据模拟和评估结果，对摩擦摆支座的设计进行优化和调整，以提高减隔震效果。优化过程中可能需要考虑支座的布置方式、数量、参数等因素。

（7）施工和安装：按照设计要求进行摩擦摆支座的施工和安装。施工过程中需要保证支座的质量和精度，确保支座的安装位置和方式符合设计要求。

（8）后期监测和维护：对采用摩擦摆支座的桥梁后期监测和维护，定期检查支座的工作状态、性能变化等情况，及时发现并处理问题，确保桥梁安全运行。

4工程概况

某城市快速路上的一座三跨连续梁，该桥需跨越一条四车道高速公路，前右夹角106°。因道路纵断面设计受限，所以桥墩较矮，中墩高度仅有5.5m。考虑到高速管理部门预留拓宽空间的要求，采用桥跨布置为（55+90+55）m的PC连续箱梁结构以实现一跨跨越高速。桥型布置如图2所示。

图2桥型布置图（单位：m）

3号墩采用固定支座，其余桥墩采用滑动支座以适应温度位移。每个桥墩设置两个支座。该桥支座平面布置如图3所示，分别按照普通球形支座和摩擦摆支座建立全桥分析模型。

图3支座布置图

经分析，本桥梁工程由于矮墩抗推刚度比较大，采用普通支座时，结构的一阶自振周期仅为0.83s，设置摩擦摆减隔震支座后，结构的一阶自振周期延长至原来的2.5倍，达到2.08s，接近设计反应谱的直线下降段。由此可定性地说明，采用摩擦摆支座可以降低结构的整体地震响应[3]。而且在各桥墩之间分布更为均匀，有利于连续桥梁内力与变形协调控制，起到了良好的减震效果。

5结束语

综上所述，随着现代桥梁工程技术的不断发展，桥梁结构的减隔震设计越来越受到重视。摩擦摆支座作为一种有效的减隔震装置，在连续钢衍桥梁的减隔震设计中具有广泛的应用前景。通过合理的设计和优化，可以显著提高桥梁的抗震性能，保障桥梁的安全性和稳定性。

参考文献

[1] 张超；刘涛；余立等.采用摩擦摆支座的超大跨连续梁桥隔震效果[J].厦门大学学报（自然科学版），2017，56(3):449-455.

[2] 张新中；何宇森；唐克东.基于摩擦摆支座的城市高架桥梁隔震性能研究[J].工程抗震与加固改造，2020，42(1):90-96.

[3] 邵长江；肖正豪；漆启明等.摩擦摆支座隔震铁路连续梁桥振动台试验研究[J].振动与冲击，2021，40(14):292-298.