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摘要：為了有效保障橋梁工程能夠在地震發生之后依舊穩固與安全，需要將減隔震裝置應用于橋梁減隔震設計環節。文章以某預應力混凝土矮塔斜拉橋為例，通過介紹彈塑性鋼減隔震支座（DNQZ支座）的結構及原理，分析橋梁工程抗震設計中彈塑性鋼減隔震支座的應用。經軟件分析，在DNQZ支座實施應用之后，結構自振周期顯著延長，并能明顯地降低橋墩所承受剪力以及彎矩，橋墩在橫橋向以及順橋向均保持著更均勻的地震承受能力，可在全橋范圍內達到協同抗震目的。

關鍵詞：橋梁工程；抗震設計；彈塑性鋼減隔震支座

0引言

地震極大地危害著人類社會，如果橋梁在地震中受到損壞，會影響災區重建以及抗震救援，所以在橋梁工程設計環節要高度重視抗震設計。在橋梁抗震設計環節運用減隔震裝置，不僅可以通過裝置具有的柔性結構對結構周期加以延長，有效緩解地震力，同時還能通過減震裝置耗能對因結構周期延長引發的位移加以控制。目前橋梁結構當中應用的減隔震裝置主要為減隔震支座，包含了彈塑性鋼耗能體系、滑動摩擦體系、橡膠類隔震體系。相比后兩種，彈塑性鋼減隔震支座能夠通過變形耗能原理，獲得更優良的減隔震效果。為此，有必要對橋梁工程抗震設計中彈塑性鋼減隔震支座的實施進行深入研究。

1工程概況

本文選擇某預應力混凝土矮塔斜拉橋作為工程案例，此橋梁工程雙幅設計，主梁為變截面箱梁形式，塔高度為31m，橋梁下部為柱式橋臺，同時橋梁基礎為鉆孔灌注樁。橋梁區域當中，反應譜特征周期保持在0．45s，地震動峰值加速度則保持在0．2g。將彈塑性鋼減隔震支座設計應用于此橋梁工程中，主要是對整聯沿橋中部進行固定支座的設置，同時結合橋梁平時產生的位移布置活動支座，具體布置如圖1所示。結合抗震設防烈度以及橋梁結構設計所提要求，此支座在設計當中屈服位移保持在33mm，同時一次剛度保持在97．8kN／mm，二次剛度保持在3．84kN／mm。

2彈塑性鋼減隔震支座的結構與原理

2．1支座結構

彈塑性鋼減隔震支座即為DNQZ支座，此支座立足功能層面分析，可劃分成4種類型，分別是縱向活動支座、橫向活動支座、雙向活動支座、固定支座［1］。在相應支座結構當中，以固定支座作為案例，可發現此支座當中主要包含3種基礎組成部分，分別為錨固連接構件、減隔震組合裝置、球型鋼支座本體。其中，錨固連接構件又包含錨固螺栓、套管、錨桿等部件，實際應用中，分別把支座錨固設置在墩臺和主梁上。減隔震組合裝置又包含兩大組成部分：（1）以導向板和非線性阻尼輻所組建的一種導向耗能組件，這其中所包含的非線性阻尼輻可以有效耗散地震能量；（2）由限位耗能螺栓與限位板共同構建的一種限位耗能組件，一旦發生地震，其中所包含的耗能螺栓有助于對地震能量加以耗散。球形鋼支座本體屬于一種新形式的球形鋼支座［2］。通常情況下，高烈度地震區域所分布的鐵路橋梁、市政橋梁、公路橋梁等工程均比較適合應用DNQZ支座。DNQZ支座以分離設計原則布局滑動面與轉動面，促使兩者可通過摩擦耗能，同時其周邊所設置非線性阻尼輻元件可在其牽制效能發揮下起到良好的防落梁作用，并且不同結構之間在有效耗能基礎上，可達到多級設防設計目的［3］。在發生地震之后，只需對其中的彈塑性鋼阻尼元件以及限位裝置加以更換，便于后續維修與保養。這種類型的支座能使支座具有更高抗疲勞性能，并可發揮優良的防落梁與減隔震效果。

2．2支座原理

在DNQZ支座正常使用過程中，主要會利用限位裝置傳遞水平力。DNQZ支座在彈性工作期間，能夠滿足收縮徐變、溫度、動力等相關荷載作用所引發的常規位移。在E1地震狀態下，支座本體以及限位裝置都保持彈塑性工作，即便在極限情況發生的時候，限位裝置也只會出現非常微小的變形，不會對支座正常使用產生影響。如果水平方向的位移和支座設計位移無限接近，此時限位裝置會發生作用，使支座在滑動方向當中限位，而固定支座和活動支座會同步承擔水平荷載力，使固定支座減小受力。在E2地震狀態下，支座本體保持彈性工作，此時運動方向所布置的限位裝置會處于被剪斷狀態，同時非線性阻尼保持工作狀態，同步出現較大塑性變形，不過沒有完全斷裂，基于不間斷的位移摩擦以及阻尼對地震能量加以耗散［4］。支座對有限位移加以鎖定，在緩解地震反應基礎上，能夠預防上部落梁，保證橋梁交通在大震情況下不中斷。綜合來看，DNQZ支座呈現突出的分級耗能、逐級設防、協同抗震、位移鎖定等優勢。

3橋梁工程抗震設計中彈塑性鋼減隔震支座的實施分析

3．1分析模型

對橋梁工程抗震設計當中的DNQZ支座實時分析，主要方法包括功率譜法、動力時程法以及反應譜法等。此次研究當中，為分析DNQZ支座具體減隔震性能，選用的方法為非線性動力時程分析法。通過有限元分析軟件針對全橋建立相關有限元模型，并通過三維梁單元對樁基、橋墩以及主梁進行模擬。梁單元附加質量選擇橫隔板荷載以及二期恒載，樁底保持固結，并通過土彈簧剛度對樁土作用加以模擬。主梁和橋塔保持固結，進而通過多線段塑性隨動強化模型對橋梁支座加以模擬，保證橋墩與橋梁之間緊密連接。分析過程中，設置為E2地震狀態，同步對DNQZ支座橋梁以及未設置減隔震的支座橋梁實現動力時程分析。

3．2分析結果

3．2．1比較結構自振周期分析中，分別對DNQZ支座與非減隔震支座在實際應用中，橋梁結構前十階的自振周期以及陣型進行對比。經對比分析，發現相較于非減隔震支座，DNQZ支座可以使結構保持更長的自振周期，并且在自振周期當中，第1階延長了67％，第2階延長了118％，到了第3階延長達到214％，就前三節來說，其自振周期延長均值達到133％。另外，從陣型角度分析，通過DNQZ支座的實施應用，能對橋梁結構具體變形狀態加以優化，尤其能夠優化橋塔變形情況。3．2．2對比結構內力在對實施應用DNQZ支座以及非減隔震支座的橋梁進行結構內力比較過程中，分別對12號墩、13號墩、14號墩、15號墩重要部位橫橋向和順橋向相應剪力與彎矩結果加以提取，相應結果如表1、表2所示，承臺底彎矩以及剪力方面對比結果如圖2、圖3所示。結合相關結果，可發現和應用非減隔震支座的橋梁相比，應用實施DNQZ支座的橋梁，其墩底在橫橋向與順橋向的彎矩都各自縮減了83％、40％，同時墩底橫橋向、順橋向相應剪力各自縮減了70％、39％。另外，承臺底的橫橋向與順橋向彎矩各自縮減了74％、39％，且承臺底的橫橋向、順橋向相應剪力各自縮減了60％、34％。對于橋梁橫橋向以及順橋向實施應用DNQZ支座，承臺底以及墩底相應剪力與彎矩都和應用非減隔震支座的橋梁相比保持著更加均勻的分布狀態。

4結語

綜上所述，DNQZ支座在對常規球型支座實現了本體改進之后，體現了多級設防，并且將減隔震組合相關裝置創新地融于支座當中，將彈塑性鋼耗能以及球型鋼支座所具備的優點充分結合，可使支座具有更高抗震能力。在DNQZ支座實施應用之后，結構自振周期顯著延長，并能明顯地降低橋墩所承受剪力以及彎矩，橋墩在橫橋向以及順橋向均保持著更均勻的地震承受能力，可在全橋范圍內達到協同抗震目的。

參考文獻

［1］顧海龍，王勇．速度鎖定型減隔震支座設計與性能分析［J］．鐵道建筑，2019，59（3）：18－21，34．

［2］魏標，劉義偉，蔣麗忠，等．地震作用下雙曲面球型減隔震支座在鐵路簡支梁橋中的動力行為［J］．土木工程學報，2019，52（6）：110－118．

［3］張常勇，徐潤，王鑫，等．滑動摩擦效應對大跨徑多跨連續梁橋地震響應的影響研究［J］．公路，2018（1）：64－69．

［4］莊嚴．雙曲面球型減隔震支座在城市軌道交通橋梁中的應用［J］．鐵道建筑，2018，58（6）：47－52．

作者:徐容 單位:廣西交通設計集團有限公司