新抚带钢丝绳板式橡胶支座抗震原理分析

历次桥梁震害调查与分析发现：过大的水平地震作用将导致新抚板式橡胶支座与桥梁上、下部结构间发生滑移、脱离现象，甚至出现支座破坏，进而产生落梁震害．在1995年的日本阪神地震中，多座钢桥发生了落梁破坏；在1999年的台湾集集地震中，多座采用板式橡胶支座的桥梁发生了落梁破坏；在2008年汶川地震中，大量采用板式橡胶支座的桥梁发生支座滑移、损坏，甚至发生上部结构落梁的震害。为此，《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166—201 1)(简称：抗震规范)规定：对采用板式橡胶支座的桥梁结构，在地震作用下支座抗滑性能如果不满足要求时，应采用限位装置或进行减隔震设计。常用的减隔震装置包括新抚铅芯橡胶支座、新抚高阻尼橡胶支座、新抚摩擦摆支座等。这些减隔震装置构造复杂、造价较高，相比之下限位装置制作简便、造价低廉，既可单独使用，又可构成支座的一部分，目前已有学者对具有限位功能的盆式支座进行了研究，因此，限位装置与板式橡胶支座联合使用可作为降低落梁风险的一个重要措施。基于上述考虑，本文采用钢丝绳为限位装置，使其成为板式橡胶支座的一部分，将这种具有防落梁功能的板式橡胶支座称为防落梁板式橡胶支座。该支座可限制地震作用下桥梁上、下部结构间发生过大的相对位移，既可保护支座，又能降低落梁风险。

新型防落梁板式橡胶支座介绍

1、构造

板式橡胶支座分为新抚普通板式橡胶支座和四氟滑板式橡胶支座．相应的，新型防落梁板式橡胶支座可分为普通防落梁板式橡胶支座和四氟滑板式防落梁橡胶支座。普通防落梁板式橡胶支座见图1，主要由3
部分组成：加劲橡胶板、连接钢板和钢丝绳．加劲橡胶板是在普通板式橡胶支座顶、底面各黏附1层钢板而成；连接钢板包括上钢板和下钢板，与加劲橡胶板通过螺栓连接，与桥梁上、下部结构分别通过锚固螺栓连接；钢丝绳两端分别与上、下钢板连接，其根数可根据抗震计算结果均匀布置。四氟滑板式防落梁橡胶支座见图2，以四氟滑板式橡胶支座为原型，在其上钢板和下钢板之间设置钢丝绳而成。

2、工作机理

普通防落梁板式橡胶支座的工作机理如图2所示。在正常使用阶段和设计地震作用下，仅加劲橡胶板发挥作用，支座的整体水平刚度即为加劲橡胶板的水平刚度。在罕遇地震作用下，当加劲橡胶板的变形达到其设计容许变形值时，钢丝绳被拉紧，开始发挥作用，支座的整体水平刚度等于加劲橡胶板与钢丝绳的水平刚度之和；由于钢丝绳刚度很大，因此可在极小变形内阻止位移进一步增大，防止支座破坏，进而降低落梁风险；震后钢丝绳退出工作，桥梁上部结构在加劲橡胶板的恢复力作用下实现复位。

四氟滑板式防落梁橡胶支座的工作机理如图3所示．在正常使用阶段和设计地震作用下，钢丝绳不发挥作用，支座可在纵桥向自由滑动．在罕遇地震作用下，当支座的滑动位移达到其设计容许位移时，钢丝绳被拉紧，开始发挥作用，支座的整体水平刚度即为钢丝绳的水平刚度；由于钢丝绳刚度很大，因此可在极小变形内阻止位移进一步增大，防止支座破坏，进而降低落梁风险；震后钢丝绳退出工作，支座停留在设计容许位移内的某一区域。

荷载一位移关系

普通防落梁板式橡胶支座可看作加劲橡胶板与钢丝绳的并联，其中加劲橡胶板在水平荷载作用下表现为线弹性，钢丝绳在被绷紧前不参与工作，在绷紧后表现为线弹性。四氟滑板式防落梁橡胶支座可看作滑板支座与钢丝绳的并联，其中，滑板支座在水平荷载作用下表现为理想弹塑性，钢丝绳在被绷紧前不参与工作，在绷紧后表现为线弹性。

防落梁板式橡胶支座的独特功能是限制地震作用下主梁与桥墩间过大的纵桥向相对位移，进而降低主梁发生落梁的风险．同时，根据抗震规范，对于如桥梁实例的普通桥梁，可只考虑水平向地震作用的影响。因此，分析时仅考虑防落梁板式橡胶支座对桥梁纵桥向抗震性能的影响。

1)板式橡胶支座在罕遇地震作用下有可能发生超过其容许值的剪切变形或水平剪力，造成支座破坏，进而引起落梁震害风险的产生。

2)防落梁板式橡胶支座可通过钢丝绳限制桥梁上、下部结构间发生过大的相对位移，既可保护支座，又能降低落梁风险。

3)防落梁板式橡胶支座会造成桥墩地震响应的增加，通过选取合理的钢丝绳参数可使其满足抗震性能要求。

4)钢丝绳初始间隙和拉伸刚度是防落梁板式橡胶支座的主要参数，初始间隙要同时满足正常使用和地震作用的要求，拉伸刚度应结合支座本身及桥墩受力确定。