铁路桥梁减隔震支座设计及试制

摘要：近年我国大规模的进行了铁路交通基础建设，使得我国铁路桥梁建设事业也得到了飞速发展。但由于很多铁路桥梁修建于抗震不利的地区，设计上常常涉及抗震研究及减隔震设计，特别是减隔震支座设计，能够提高和改善桥梁结构抗震性能。本文主要对铁路桥梁减隔震支座技术进行分析，介绍了减隔震支座在工程中的应用。

关键字：连续梁桥，隔振，减震装置，抗震性能

中图分类号：U452.2+8 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

近年来我国正处于基础设施的大发展中，大量桥梁结构在建设或规划中。在一些强震区修建桥梁结构使工程人员直接面临结构抗震的挑战。桥梁减隔震设计是通过引入减隔震装置将地震运动与结构隔开，增加足够的结构强度和延性抵抗地震作用，从而减少传到结构上的地震力。加入铁路桥梁减隔震支座的减隔震设计主要是通过设计合理的减隔震装置，使在地震下承担桥梁大部分的耗能和变形，从而确保桥体其他部件的地震响应在弹性范围内，从而达到保证桥体在地震下的安全。桥梁减隔震技术在桥梁建设、维修中的应用，能够减轻桥梁结构在地震作用下的破坏程度，大幅度提高桥梁使用的安全性，在特大跨径连续梁桥中应用还能够降低下部结构尺寸，从而降低工程造价。

二、铁路桥梁减隔震支座设计

铁路桥梁减隔震设计就是通过隔震装置、耗能机理和其它构件的共同作用来抵抗预期的地震，使桥梁满足预期的避震性能目标。明确桥梁隔震性能在不同强度的地震作用下的性能目标，以桥梁隔震结构预期的性能和构件在抗震中所起作用为基础，设计人员要根据结构预期的性能目标，表述隔震设计的结构在不同等级和强度的地震下具体工作方式。在抵抗地震力的过程中，各个结构层逐层以损害弱化地震力的传导路径、耗能组织结构，使地震力惯性顺利的传递到隔震装置下部的结构和基础，而且在整个避震过程中避震装置的结构性能具有延性。

铁路桥梁减隔震系统一般由减隔震支座、减隔震伸缩装置、撞落结构和连梁装置三大部分组成。减隔震支座的主要作用是承受上部结构恒载及活载，有一定的水平刚度，并在水平向具有弹性，可适当延长桥梁上部结构的基本周期，以避开地震的卓越周期，降低桥梁的地震反应。减隔震支座设计是利用延长结构周期，同时消耗地震能量的隔震装置来提高结构的抗震性能。需要将桥梁受到的地震作用进行集中，由减隔震支座承受大部分的能量冲击，从而减小桥梁下部结构的负荷。减隔震支座设计通过合理安放支座为桥梁提供水平方向上的柔性支撑，增强桥梁结构在水平方向的稳定性，并利用阻尼装置增强整个桥梁结构的阻尼效应。通过对设计反应谱的分析，可以得知当系统周期增长时，设计荷载相应减少，地震作用也会随之减少。因此，桥梁减隔震支座设计需要以增长系统固有周期后的耗能能力衡量减振隔振性能，并考虑减隔震支座应用后是否对桥梁的桥面与下部结构产生不利的效应而影响桥梁的正常使用。应用减隔震技术的桥梁需要有较为坚实的基础地基，如果是软土地基，或是下部结构柔性较大，需要综合使用减隔震技术与其它技术措施，以保证减振隔振的实际效果。在桥梁减隔震支座装置中，较为常用有：

1．橡胶支座

橡胶支座，由于橡胶层与钢板紧密粘结，薄钢板能够约束橡胶支座在垂直荷载下的横向变形，因而具有较好的竖向性能。铅芯橡胶隔震支座的构造特点，就是在分层橡胶支座中插入一个或若干个铅芯，从而形成一个紧凑的隔震装置。由于铅芯具有良好的力学特性，能与分层橡胶支座较好地结合，所以成为一种比较合适的减隔震材料。由于在水平荷载下钢板对橡胶层的约束是柔性的，橡胶支座的水平刚度较小，并且剪切刚度是随着变形的变化而变化的，较小变形的情况下水平刚度较大，当变形达到中等时水平刚度最小，而随着变形的进一步增大水平刚度又会随之增加，从而起到保护的作用。橡胶支座在桥梁中的使用，如果受到小震作用，桥梁结构相当于连接在一个刚性基础上，而如果受到强震作用，橡胶支座能够吸收大量能量，并提供柔性滑动。这些特性使铅芯橡胶支座具备提供地震下所需的耗能和正常使用荷载下所必须的屈服强度与刚度，因而满足良好隔震系统的要求，是目前国内外桥梁隔震设计中应用最广的一种隔震装置。橡胶支座常见的有三种：板式橡胶支座由数层钢板和橡胶层镶嵌、粘合、压制而成，是应用最为广泛的支座，有一定的减隔震效果，在中小桥上被广泛采用，其能提供有效的竖向刚度承受荷载，又能提供比较大的剪切变形和转角变形；盆式橡胶支座；由钢构件和橡胶层组成，由聚四氟乙烯板和钢板之间的滑动提供水平位移，由橡胶层承压，并提供水平转向的变形需求；铅芯橡胶支座是在橡胶支座中插入铅芯形成一个紧凑的减隔震装置，水平力低时，铅芯橡胶支座有足够的刚度满足正常使用，当有较大水平力时，铅芯屈服，在地震力下耗散能量。铅芯橡胶支座有构造简单、经济性好、滞回曲线饱满等优点，是减隔震设计中常用的减隔震支座。

2.摆式滑动摩擦支座

这类支座的减隔震原理主要是将滑动摩擦支座和钟摆的概念相结合构成一种新的隔震装置，利用钢板和聚四氟乙烯板之间的摩擦制成摩擦型的减隔震支座，改型支座允许上部结构在滑动面上滑动，从而使得上部结构传递到桥墩的地震惯性力减小为支座的最大摩擦力，从而达到减隔震的目的。其滑动面是曲面，通过在曲面上滑动摩擦来消耗地震能量，结构自重提供所需要的自复位能力，利用一个简单的钟摆机理延长结构的自振周期。这种支座的平面尺寸受到地震位移大小和球面曲率半径的控制，支座的平面尺寸通常较大。目前这种产品已在苏通大桥引桥、上海长江大桥引桥上使用，根据隔震方向的不同又可分为球面、柱面两类，前者用于水平双向隔震，后者用于水平单向隔震。

三、铁路桥梁减隔震支座试制与施工

为保证减隔震支座功能的正常发挥，必须严格要求减隔震支座施工的工程质量，按照设计要求规范施工。根据减隔震支座施工的实践经验，要想有效发挥减隔震支座的减振隔振作用，必须注意以下施工问题及要点：

1.减隔震支座顶面保证水平

安装减隔震支座前，减隔震支座顶面必须保证水平。在施工过程中，需要先用砂轮打磨减隔震支座墩台的垫石，将垫石打磨平整，确保平整度误差小于1mm，再均匀铺设环氧树脂砂浆，保证环氧树脂砂浆厚度一致，最后再放置减隔震支座，将螺栓拧紧。

2. 保证减隔震支座自由位移不受到影响

安装减隔震支座后，需要保证其自由位移不受到影响。在施工过程中，需要在安装减隔震支座后对位移槽填充棉絮，也可以填充泡沫，以免梁体施工过程中有杂物进入减隔震支座，直到拆除临时支座之后再取出棉絮，从而确保减隔震支座不受杂物落入的不良影响。临时支座拆除后，及时将泡沫或棉絮取出。

3.必须不能损害永久的减隔震支座

在临时固结支座的使用过程中，必须注意不能损害永久的减隔震支座，尤其在拆除阶段要倍加注意。如果是人工拆除临时固结支座，需要注意避免混凝土碎碴、钢筋碎片等杂物落入减隔震支座滑移槽，选择微膨胀炸药能够方便快捷的拆除临时固结支座，避免杂物落入对支座的影响。

四、结束语

伴随我国近年来大规模的桥梁建设，跨越强震区桥梁的建造以及对桥梁结构抗震性能的重视。桥梁抗震设计是一个系统工程，要从桥梁设计理念和结构体系和构造的角度做好耐久性的设计，同时需要进行减隔震设计及采取各种抗震措施，应从总体上把握桥梁结构在预期地震作用下的动力响应特性，并注重构件的细部设计和采取合理的构造措施，以确保能够在地震作用下实现预期的抗震性能目标。

参考文献:

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[2]辛兵. 铁路桥梁减隔震支座设计及试制[J]. 铁道标准设计,2013,03:43-47.

[3]王丽萍. 高速铁路桥梁减隔震研究[D].中南大学,2011.