桥梁建设５８ ２０１５年第４５卷第２期（总第２３１期） Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｖｏ１．４５，Ｎｏ．２，２０１５（Ｔｏｔａｌｌｙ Ｎｏ．２３１） 文章编号：１００３—４７２２（２０１５）０２－－００５８—０７ 大跨度连续钢桁梁桥摩擦摆支座减隔震设计分析 王志英，张常勇 （山东省交通规划设计院，山东济南２５００３１） 摘 要：为改善大跨度连续钢桁粱桥的抗震性能，以（１０２＋４×１６８＋１０２）ｍ的济南长清黄河 大桥主桥为背景，结合其结构特点采用摩擦摆支座对该桥进行全桥隔震及连续墩隔震方案设计。 采用通用有限元程序ＳＡＰ２ＯＯ０建立该桥空间有限元模型，以３条人工地震波作为激励，采用非线 性时程分析方法对未隔震及应用摩擦摆支座隔震后的桥梁结构响应进行对比，结果表明：全桥隔 震、连续墩隔震２种方案中摩擦摆支座均能起到良好的减隔震效果且满足设计要求。与全桥隔震 方案相比，连续墩隔震方案中墩底弯矩和支座水平位移略大，但经济性更好，故综合考虑减隔震效 果、经济性、支座尺寸等因素，推荐采用等效滑动半径为４ ｍ的摩擦摆支座连续墩隔震方案对该桥 进行减隔震设计。 关键词：桁架桥；连续梁桥；减隔震设计；摩擦摆支座；全桥隔震；连续墩隔震；有限元法 中图分类号：Ｕ４４８．２１１；Ｕ４４２．５５文献标志码：Ａ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｐｅｎｄｕｌｕｍ Ｂｅａｒｉｎｇｓ ｆｏｒ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｏｎｇ Ｓｐａｎ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｓｔｅｅｌ Ｔｒｕｓｓ Ｇｉｒｄｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ ＷＡＮＧ Ｚｈｉ－ｙｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｃｈａｎｇ。ｙｏｎｇ （Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｊｉ ｎａｎ ２５００３１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｌｏｎｇ ｓｐａｎ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｓｔｅｅｌ ｔｒｕｓｓ ｇｉｒｄｅｒ ｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｅ ｍａｉｎ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｔｈ ｓｐａｎ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ（１０２＋４×１６８＋１０２）ｍ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈａｎｇｑｉｎｇ Ｈｕａｎｇｈｅ Ｒｉｖｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ ｉｎ Ｊｉ ｎａｎ ｗａｓ ｃｉｔｅｄ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ａｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｐｅｎｄｕｌｕｍ ｂｅａｒｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅｓ ｏｆ ｗｈｏｌｅ ｂｒｉｄｇｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｐｉｅｒ ｓｅｉｓｍｉｃ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ．Ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｏｏｄｅＩｒ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｗａｓ ｓｅｔ ｕｐ ｂｙ ｔｈｅ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｐｒｏｇｒａｍ ＳＡＰ２０００，ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｅｘｃｉｔｅｄ ｂｙ ｔｈｒｅｅ ａｒｔｉｆｉｃｉａ１ ｓｅｉｓｍｉｃ ｗａｖｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｔｈａｔ ｗａｓ ｎｏｔ ｓｅｉｓｍｉｃａｌｌｙ ｉｓｏｌａｔｅｄ ａｎｄ ｔｈａｔ ｗａｓ ｓｅｉｓｍｉｃａｌｌｙ ｉｓｏｌａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｐｅｎｄｕｌｕｍ ｂｅａｒｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｖ ｔｉｍｅ—ｈｉｓｔｏｒｖ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｐｅｎｄｕｌｕｍ ｂｅａｒｉｎｇｓ ｆｏｒ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅｓ ｏｆ ｗｈｏｌｅ ｂｒｉｄｇｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｐｌｅｒ ｓｅｌｓ— ｍｉｃ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｇｏｏｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ａｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｗｈｏｌｅ ｂｒｉｄｇｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｍｏｍｅｎｔ ０±ｔｈｅ ｐｉｅｒ ｆｏｏｔｉｎｇｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａ１ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅ Ｏ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｐｉｅｒ ｓｅｌｓ— ｍｉｃ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ａｒｅ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｇｒｅａｔ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅ ｉＳ ｍｏｒｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ．Ｉｎ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｃｏｎｓｔｄｅｒａｔｔｏｎ ｏｆ ｓｅｖｅｒａ１ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ，ｅｃｏｎｏｍｙ ａｎｄ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ ｏ｛ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇｓ，ｉｔ ｉｓ ｒｅｃ０ｍｍｅｎｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｐｅｎｄｕｌｕｍ ｂｅａｒｉｎｇｓ ｗｉｔｈ ４ ｍ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｓｌｉｄｉｎｇ ｒａｄｉｉ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｐｉｅｒ ｓｅｉｓｍｉｃ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ． 收稿日期：２０１４—０８—１２ 作者简介：王志英，研究员，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｚｙ一０４０９＠１６３．ｃｏｍ。研究方向：大跨径桥梁结构设计。 大跨度连续钢桁梁桥摩擦摆支座减隔震设计分析 王志英，张常勇 ５９ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒｕｓｓ ｂｒｉｄｇｅ；ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｇｉｒｄｅｒ ｂｒｉｄｇｅ；ｓｅｉｓｍｉｃ ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ； ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｐｅｎｄｕｌｕｍ ｂｅａｒｉｎｇ；ｗｈｏｌｅ ｂｒｉｄｇｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｐｉｅｒ ｓｅｉｓｍｉｃ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ｆｉ— ｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｌ 引 言 续钢桁梁主桥的抗震性能进行计算分析，并根据其 结构体系特点，采用摩擦摆支座对该桥进行减隔震 设计方案的对比分析，确定合理的摩擦摆支座设计 参数及设计方案。 近些年，全球进入了地震活跃期，世界范围内地 震活动频繁发生，其中包括多次高级别强震，给震区 同家和人民造成了巨大的生命和财产损失。桥梁是 生命线Ｔ程的重要组成部分，桥梁结构的抗震性能 不仅关系到其自身的安全性还会影响到震后救灾活 动的进行，地震中桥梁破坏造成的次生灾害及交通 网络中断的危害所带来的教训是深刻的。减隔震技 术有别于传统抗震技术，是通过采用消能减震装置 ２工程概况 山东省济南清黄河公路大桥主桥为跨径组 合（１０２＋４×１６８＋１０２）ｍ的变高连续钢桁梁桥。 采用双向４车道一级公路技术标准，标准宽度为 ２５．６ ｍ，设计速度为ｉ００ ｋｍ／ｈ。主桥整幅布置，横 桥向设２榀桁架，中心距为２７ ｍ。主桁采用不带竖 杆的华伦式桁架，主墩处桁高２３ ｍ，共用墩及跨中 处桁高１０ ｍ，标准节问长度为１４ ｍ，纵向共分为５８ 个节段。桥面结构为纵横梁体系，桥面板采用钢筋 来改善结构的抗震性能，已在美国、新西兰、日本等 国得到了较为广泛的应用＿１］。摩擦摆（ＦＰＳ）支座是 目前较为常见的减隔震支座，具有良好的减隔震效 果，国外部分采用摩擦摆支座隔震的结构和桥梁还 经受了实际地震的考验。国内学者也针对摩擦摆支 座及同类型支座进行了一些研究工作ｌ＿２ ］，同时摩 擦摆支座或与之类似的滑动摩擦类减隔震支座也越 来越多地应用于我国实际桥梁工程中。 本文以济南长清黄河大桥为工程背景，对其连 １Ｏ２ 混凝土板，与纵横梁、下弦杆通过剪力钉连接。桥墩 分幅设置，各连续墩处均设２个墩柱，其间设系梁； 共用墩处设３个墩柱，其间设系梁。长清黄河大桥 主桥桥型布置见图１。 图１ 长清黄河大桥主桥桥型布置 Ｆｉｇ．１ Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ Ｍａｉｎ Ｂｒｉｄｇｅ ｏｆ Ｃｈａｎｇｑｉｎｇ Ｈｕａｎｇｈｅ Ｒｉｖｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ ｉｎ Ｊｉ ｎａｎ ３结构计算分析模型 ３．１桥梁结构分析模型 根据该桥的结构形式特点和计算要求，采用通 用有限元程序ＳＡＰ２０００建立大桥的动力分析模型 （图２），其中钢桁架弦杆、腹杆、纵（横）梁、横联、桥 图２有限元分析模型 Ｆｉｇ．２ Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｍｏｄｅｌ 门架等钢构件及桥墩、系梁均采用梁单元模拟，混凝 土桥面板采用板单元模拟，普通支座采用弹性连接 单元模拟，摩擦摆支座采用滑动摩擦单元模拟，墩底 Ｂｅａｒｉｎｇ，简称ＦＰＳ／ＦＰＢ）是Ｚａｙａｓ等人于１９８５年研 发的，其构造见图３。 摩擦摆支座的作用机理并不复杂，通过滑块的 受力平衡条件和支座几何关系可以得到ＦＰＳ支座 的简化水平剪力～位移关系如下： 通过等效基础弹簧约束于地面。 ３．２摩擦摆支座 摩擦摆系统／支座（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｐｅｎｄｕｌｕｍ Ｓｙｓｔｅｍ／ ６０ 桥梁建设Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ２０１５，４５（２） 特氟龙涂层 图３ ＦＰＳ隔震支座构造示意 Ｆｉｇ．３ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｐｅｎｄｕｌｕｍ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｆ一 “＋Ｆｆ （１） 式中，Ｆ为支座水平剪力；ｗ为支座承受的荷载；Ｒ 为等效滑动半径；“为支座水平位移；Ｆ 为滑块与支 座滑动面间的摩擦力。 由上式可得到ＦＰＳ支座的周期为： Ｔ：２ √警 可见，结构隔震周期主要由ＦＰＳ支座的等效曲 率半径决定。式（１）也描述了ＦＰＳ支座的滞回性 能，ＦＰＳ支座的力～位移滞回关系见图４，由图４可 知，ＦＰＳ支座力～位移滞回关系明确，支座耗能效 果良好。 ・Ｒ 刨 支座水平位移 图４摩擦摆支座滞回关系 Ｆｉｇ．４ Ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ Ｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｐｅｎｄｕｌｕｍ Ｂｅａｒｉｎｇ ４设防标准及地震激励 ４．１设防标准 根据《公路工程抗震规范》（ＪＴＧ Ｂ０２—２０１３）及 《公路桥梁抗震设计细则》（ＪＴＧ／Ｔ Ｂ０２—０１—２００８） 中关于桥梁抗震设防类别的规定，长清黄河大桥主 桥属于Ａ类，其对应的抗震设防目标为在Ｅ１地震 作用下一般不发生损坏或不需修复可继续使用；在 Ｅ２地震作用下可发生局部轻微损伤，不需修复或经 简单修复可继续使用 。本文基于Ｅ２地震作用 对大桥进行减隔震设计，采用Ｅ１地震作用下的结 构响应进行相应的验算。 ４．２地震激励 根据《济南长清黄河公路大桥工程场地地震安 全性评价报告》，长清黄河公路大桥所处场地为Ⅲ类 建筑场地，抗震设防烈度为６度，设计基本地震加速 度峰值为０．０５ｇ，特征周期为０．４５ Ｓ。计算中采用 的地震激励为与安评报告中Ｅ２地震相对应的３条 具有随机相位的人工地震波。 ５ 未隔震结构地震响应结果 ５．１结构振动特性 大桥未进行减隔震设计时７８号墩处为固定支 座，其他桥墩处为滑动支座。对未隔震时连续钢桁 梁桥进行动力特性分析，其前６阶自振周期和振型 特征见表１。 表１ 连续钢桁梁桥自振周期和振型特征 Ｔａｂ．１ Ｎａｔｕｒａｌ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｐｅｒｉｏｄｓ ａｎｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｓｔｅｅｌ Ｔｒｕｓｓ Ｇｉｒｄｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ ５．２结构地震响应 采用３条人工地震波作为激励，对未隔震的连 续钢桁架主桥地震响应进行计算分析，根据《公路桥 梁抗震设计细则》（ＪＴＧ／Ｔ Ｂ０２～０１—２００８），结构地 震响应取３条地震波作用下响应计算结果最大值。 ３条人工地震波作用下各桥墩墩底弯矩最大值以及 最不利轴力对应的各墩屈服弯矩见表２。 表２未隔震结构各桥墩墩底弯矩及屈服弯矩 Ｔａｂ．２ Ｍｏｍｅｎｔ ａｎｄ Ｙｉｅｌｄ Ｍｏｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｉｅｒ Ｆｏｏｔｉｎｇｓ ｏｆ Ｂｒｉｄｇｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｎｏｔ Ｓｅｉｓｍｉｃａｌｌｙ Ｉｓｏｌａｔｅｄ 大跨度连续钢桁梁桥摩擦摆支座减隔震设计分析 王志英，张常勇 ６１ 由表２可知，未隔震时，由于该桥仅在７８号墩 大值见图５。由图５可知，随着ＦＰＳ支座等效滑动 处设置了固定支座，大桥的顺桥向地震响应几乎全 部南７８号墩承担，因此造成７８号墩顺桥向墩底弯 半径的增大，大桥共用墩（７５号、８１号）２个方向的 墩底弯矩变化不大，连续墩（７６～８０号）２个方向的 矩过大，而其他桥墩顺桥向墩底弯矩则有较大安全 富余。大桥横桥向地震响应则由所有墩共同承担， 各桥墩横桥向墩底弯矩均小于其对应的屈服弯矩。 注意到，７７号、７９号墩虽桥墩位置对称，但是由于墩 高不同从而导致其墩底响应产生了一定的差别。 墩底弯矩均随之呈减小趋势，其中等效滑动半径 Ｒ 一１时各墩墩底弯矩与其他工况相差较大，Ｒ 一２～６ ｍ时，各墩墩底弯矩较为接近。可见，ＦＰＳ 支座等效滑动半径在２～６ ｍ范围内变化时，对各 桥墩墩底弯矩影响不大。 由此可知，未隔震时７８号墩顺桥向抗震设计难 以满足要求，７８号、７９号墩横桥向地震响应安全富 采用不同ＦＰＳ支座等效滑动半径时，各桥墩处 ＦＰＳ支座顺桥向、横桥向位移的最大值见图６。由 图６可知，随ＦＰＳ支座等效滑动半径增大，各桥墩 余也较小，普通连续梁约束体系不利于大桥抗震安 全，有必要对大桥进行合理的减隔震设计。 ６ ＦＰＳ隔震结构体系地震响应结果 处ＦＰＳ支座２个方向的位移均随之增大，其中，各 工况支座顺桥向和横桥向位移最大值均出现在共用 墩（７５号、８１号）支座处，且位移最大值分别小于１８ ｃｍ和１６ ＣＩＴＩ，均在可接受范围内。 由以上分析可知，等效滑动半径Ｒ 一２～６ ｍ 时隔震效果较为接近，且各Ｔ况支座水平位移响应 本文采用摩擦摆（ＦＰＳ）支座对该大跨度连续钢 桁梁桥进行减隔震设计，根据大桥的结构体系特点， 并考虑到设计的经济性，分别对ＦＰＳ全桥隔震和连 续墩隔震２种方案进行隔震桥梁结构响应计算分 析，并对２种方案进行对比。 ６．１全桥隔震方案 均在可接受范围内，故ＦＰＳ支座参数可选范围较 大。进一步结合支座的竖向承载能力要求、加工难 度，并考虑到支座整体尺寸不宜过大，初步确定ＦＰＳ 支座等效滑动半径Ｒ 一４ ｍ。 ６．２连续墩隔震方案 ＦＰＳ支座在桥梁结构中较常采用的设计方案 为全桥隔震，故首先对大桥进行全桥隔震方案设计， 全桥隔震时各桥墩处ＦＰＳ支座均采用相同的等效 滑动半径和摩擦系数。通过计算发现，共用墩（７５ 号、８１号）中柱内力响应均略小于边柱，故本节中以 边柱内力响应代表共用墩的内力响应。 由图５、图６注意到，采用不同等效滑动半径 时，ＦＰＳ支座在顺桥向及横桥向的最大水平位移均 出现在共用墩支座处，而共用墩处墩底弯矩明显小 于连续墩，且有较大的安全富余，同时连续墩墩底弯 本文所用ＦＰＳ支座摩擦系数为定值０．０３，故隔 震桥梁地震响应及隔震效果主要受ＦＰＳ支座等效 滑动半径Ｒ 影响，为选取合适的ＦＰＳ支座，对ＦＰＳ 支座等效滑动半径分别为１，２，３，４，５，６ ｍ时的桥 矩也有一定的安全富余。因此，从经济角度出发，可 以考虑将共用墩处ＦＰＳ支座更换为普通滑动支座， 降低工程造价。基于此，在上节确定的全桥隔震方 案基础上进行改动，将共用墩处ＦＰＳ支座更换为普 通滑动支座，从而隔震设计方案由全桥隔震变为连 续墩隔震方案。 梁地震响应进行计算分析。采用不同ＦＰＳ支座等 效滑动半径时，各桥墩墩底顺桥向、横桥向弯矩的最 图５不同等效滑动半径时墩底最大弯矩 Ｆｉｇ．５ Ｍａｘ．Ｍｏｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｉｅｒ Ｆｏｏｔｉｎｇｓ ｕｎｄｅｒ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｌｉｄｉｎｇ Ｒａｄｉｉ ６２ 桥梁建设Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ １ ｌ 暑 １ 剖１ 篓 娶 行 晶晰 向 图６不同等效滑动半径时支座最大位移 Ｆｉｇ．６ Ｍａｘ．Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｐｅｎｄｕｌｕｍ Ｂｅａｒｉｎｇｓ ｕｎｄｅｒ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｌｉｄｉｎｇ Ｒａｄｉｉ ∞ ６．３隔震方案对比分析 相比，２种隔震方案中各墩顺桥向、横桥向墩底弯矩 为考察连续墩隔震方案与全桥隔震方案间的差 别及其隔震效果，将未隔震与隔震方案中支座水平 均有不同程度的变化，但均小于桥墩屈服弯矩，其中 ７８号墩顺桥向墩底弯矩大幅降低至桥墩屈服弯矩 以下。连续墩隔震方案中各墩顺桥向、横桥向墩底 弯矩均略大于全桥隔震方案。 由上述对比分析可知，采用连续墩隔震方案是 位移的最大值及各桥墩处墩底弯矩进行对比，见表 ３、表４。 Ⅲ。＼ 足蜷帮 表３ ２种隔震方案中支座水平位移最大值 Ｔａｂ．３ Ｍａｘ．Ｖａｌｕｅｓ ｏｆ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ 可行的，其与全桥隔震方案相比，虽然各桥墩顺桥 向、横桥向墩底弯矩均有所增大，大部分支座水平位 移也有所增大，但增幅均较小，连续墩隔震方案中各 Ｐｅｎｄｕｌｕｍ Ｂｅａｒｉｎｇｓ ｉｎ Ｔｗｏ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ Ｓｃｈｅｍｅｓ 支座水平位移最大值／ｅｒａ 位置 顺桥向 全桥隔震 连续墩隔震 全桥隔震 连续墩隔震 竹 横桥向 桥墩处墩底弯矩均小于其屈服弯矩，支座水平位移 也处于可接受范同，均满足设计要求。同时，采用连 续墩隔震方案（Ｒ 一４ ｍ）时结构一阶振动周期Ｔ≈ 向 ４ Ｓ，超过了未隔震结构一阶周期１．８４ Ｓ的２倍，亦 满足《公路桥梁抗震设计细则》（ＪＴＧ／Ｔ Ｂ０２—０１— ２００８）中的相关规定。故在实际工程中，推荐采用连 ∞ 续墩隔震方案，ＦＰＳ支座等效滑动半径均取Ｒ ｅｆｆ一４ ｍ，摩擦系数均取 一０．０３。另外，采用连续墩隔震 方案时，Ｅｌ地震作用下ＦＰＳ支座同样可以发挥良 好的减隔震效果，各桥墩均保持线弹性。 由表３可知，连续墩隔震方案中各墩处顺桥向 叭 支座位移均略大于全桥隔震方案，但均处于设计可 接受范围；连续墩隔震方案中各墩处横桥向支座位 移与全桥隔震方案相比均略有增大或减小，但同样 均处于设计可接受范围。由表４可知，与未隔震时 为体现连续墩隔震方案的隔震效果，对该方案 中各桥墩墩底弯矩的隔震率进行计算，结果表明采 表４墩底弯矩最大值 Ｔａｂ．４ Ｍａｘ．Ｖａｌｕｅｓ ｏｆ Ｍｏｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｉｅｒ Ｆｏｏｔｉｎｇｓ 大跨度连续钢桁梁桥摩擦摆支座减隔震设计分析 王志英，张常勇 ６３ 用连续墩隔震设计后，未隔震时内力最大的７８号墩 得到以下主要结论： 的顺桥向和横桥向墩底弯矩分别减小了８７ 和 ２９％，其他墩则有不同程度的增大和减小，此时各桥 墩所承受的地震力相对于未隔震时更加均衡。在人 （１）未隔震时，连续钢桁架主桥顺桥向地震响 应主要由固定墩７８号墩承担，横桥向地震响应由各 桥墩共同承担，由于上部结构质量较大，７８号墩顺 桥向抗震能力难以满足设计要求，各连续墩横桥向 地震响应也较大，普通连续梁体系不利于连续钢桁 架主桥抗震安全。 （２）采用ＦＰＳ支座进行全桥隔震设计时，２个 方向的地震响应均有全部桥墩共同承担，与隔震前 Ｔ地震波ｌ作用下，７８号墩采用连续墩隔震方案 前、后墩底弯矩时程曲线和ＦＰＳ支座的滞回曲线分 别见图７、图８。由图７可知，采用连续墩隔震方案 后，整个地震过程中７８号墩墩底弯矩均被控制在较 小的范用内，隔震效果明显，尤其是顺桥向墩底弯矩 得到了大幅的降低。由图８可知，在双向地震同时 作用下，ＦＰＳ支座在顺桥向和横桥向的滞回曲线形 状较规则、饱满度较好、包络面积较大、耗能效果良 好，在地震过程中可消耗较多的地震能量，从而实现 对桥梁结构的保护。 ７ 结 论 相比，７８号墩墩底弯矩得到了较大幅度的降低，其 他桥墩墩底弯矩有不同程度的增大或减小，全桥地 震响应分配更为均衡，各桥墩墩底弯矩均可控制在 屈服弯矩以下。综合考虑减隔震效果、支座加Ｔ难 度、支座尺寸等因素，等效滑动半径Ｒ 一４ ｍ的 ＦＰＳ支座较为适合该桥的减隔震设计。 （３）与全桥隔震方案相比，连续墩隔震方案中 本文以济南长清黄河公路大桥连续钢桁架主桥 为工程背景，采用时程分析方法对该桥地震反应进 行了计算分析，并结合其结构特点采用ＦＰＳ支座对 大桥进行了减隔震设计，并探讨了设计方案的效果， 各桥墩墩底弯矩均略有增大，部分桥墩处支座位移 ∞ ∞ ０ ∞ ∞ Ｏ 也略有增大，但各墩墩底弯矩仍控制在屈服弯矩以 下且有一定安全富余，各支座位移亦均处于设计可 ５ 接受范围内。地震过程中ＦＰＳ支座滞回曲线形状 ｍ Ｅ ● 目 － ｍ 茧 舯 １垡 重 静 世 时 问横 桥 向 蟠 厦 努 暹 蜷 罾 ∞ 图７ ７８号墩墩底弯矩时程曲线 Ｆｉｇ．７ Ｔｉｍｅ－Ｈｉｓｔｏｒｙ Ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ Ｐｉｅｒ Ｆｏｏｔｉｎｇ Ｍｏｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｉｅｒ Ｎｏ．７８ 童 、、 ＼ 量 Ｒ 躲 倒 若 刨 支座水平位移／脚 支座水平位移／ｍ （ａ）顺桥向 图８ ７８号墩处ＦＰＳ支座滞回曲线 （ｂ）横桥向 Ｆｉｇ．８ Ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ Ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｐｅｎｄｕｌｕｍ Ｂｅａｒｉｎｇ ａｔ Ｐｉｅｒ Ｎｏ．７８ ６４ 桥梁建设Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ２０１５，４５（２） 较规则、饱满度较好、包络面积较大、减隔震效果良 好。故从经济角度出发，实际工程中推荐采用连续 墩隔震方案（ＦＰＳ支座Ｒ “一４ ｍ）进行减隔震设计。 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）： ［１］ 范立础．桥梁减隔震设计［Ｍ］．北京：人民交通出版 社，２００１． （ＦＡＮ Ｉ ｉ—ｃｈｕ．Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｂｒｉｄｇｅｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊ ｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｒｅｓｓ， ２００ １＿ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［２］ 张常勇．铁路简支梁桥摩擦双摆系统减隔震设计理论 及试验研究（博士学位论文）［Ｄ］．北京：北京交通大 学，２Ｏ１２． （ＺＨ ＡＮＧ Ｃｈａｎｇ ｙｏｎｇ．Ｄｅｓｉｇｎ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉ— ｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｏｕｂｌｅ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｐｅｎｄｕｌｕｍ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｉｍ— ｐｌｙ－Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ Ｇｉｒｄｅｒ Ｂｒｉｄｇｅｓ（Ｄｏｃｔｏｒａｔｅ Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ） ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１２．ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） １－３］ 杨林，常永平，周锡元，等．ＦＰＳ隔震体系振动台试 验与有限元模型对比分析［Ｊ］．建筑结构学报，２００８， ２９（４）：６６—７２． （ＹＡＮＧ Ｉ ｉｎ，ＣＨＡＮＧ Ｙｏｎｇ—ｐｉｎｇ，ＺＨ（）Ｕ Ｘｉ—ｙｕａｎ，ｅｔ ａ１．Ｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｈａｋｉｎｇ Ｔａｂｌｅ Ｔｅｓｔ ａｎｄ Ｆｉ ｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｏｄｅｌ ｏｎ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｐｅｎｄｕｌｕｍ Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００８，２９（４）：６６—７２． ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［４］ 邓雪松，龚健，周 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Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２０１４，４４（２）：３２—３７．ｉｎ Ｃｈｉ— ｎｅｓｅ） ［８］ 刘俊锋，阮怀圣，宁伯伟．三门峡黄河公铁两用大桥主 桥减隔震设计ＥＪ］．桥梁建设，２０１４，４４（２）：９１—９５． （ＬＩＵ Ｊｕｎ－ｆｅｎｇ，ＲＵＡＮ Ｈｕａｉ—ｓｈｅｎｇ，ＮＩＮＧ Ｂｏ—ｗｅｉ． Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍａｉｎ Ｂｒｉｄｇｅ ｏｆ Ｓａｎｍｅｎｘｉａ Ｈｕａｎｇｈｅ Ｒｉｖｅｒ Ｒａｉｌ——ｅｕｍ— Ｒｏａｄ Ｂｒｉｄｇｅ ＥＪ］．Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２０１４，４４（２）：９１—９５．ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［９］ ＪＴＧ Ｂ０２—２０１３，公路工程抗震规范［ｓ］． （ＪＴＧ Ｂ０２—２０１３，Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［ｓ］．） ［１Ｏ］ ＪＴＧ／Ｔ Ｂ０２—０１—２００８，公路桥梁抗震设计细则［ｓ］． （ＪＴＧ／Ｔ Ｂ０２—０１—２００８，Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｆｏｒ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｂｒｉｄｇｅｓ［Ｓ］．） 王志英 １９７０一，女，研究员 卫一土１９９２年毕业于山东大学公路与城 市道路专业，工学学士，１９９５年毕 业于东南大学桥梁专业，工学硕士。 研究方向：大跨径桥梁结构设计 Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｚｙ０４０９＠１６３．ｃｏｒｎ 张常勇 １９８３一，男，工程师 ２００６年毕业于山东大学土木工程 专业，工学学士，２０１２年毕业于北 京交通大学防灾减灾工程及防护工 程专业，工学博士。研究方向：桥梁 结构抗震、减隔震 ＺＨＡＮＧ Ｃｈａｎｇ—ｙｏｎｇ Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｙ—ｚｈａｎｇ００１＠１６３．ｃｏｍ （编辑：叶青）
