基于支座有限损伤的简支梁桥抗震设计方法

朱冰斌

镇江市交通规划设计院江苏镇江212000

【摘要】B类简支梁桥由于其构造简单、设计方便等特点在我国的公路建设中的应用十分广泛，震后交通网络能否畅通与其抗震安全性有着至关重要的联系。本文通过分析简支梁桥的损伤影响因素，提出基于支座有限损伤的简支梁桥抗震设计的思想与理论，并通过合理的制作性能目标、对桥梁的地震响应进行预测以及相应的限位措施来有效控制支座的损伤。

【关键词】简支梁桥；抗震设计；支座损伤；方法；

基于支座有限损伤的简支梁桥抗震设计思想

支座在遇到地震后受到损伤是在所难免的，但支座损伤能对桥墩起到良好的保护作用，并且震后的修复费用也少于桥墩修复费用。因此就引出了：是否能利用板式橡胶支座的隔震作用来有效保护桥墩不受损伤，将震后加固的费用有效减少这一问题。

要回答这一问题就需要从分析梁式桥震损的过程着手。支座损坏导致的桥梁失效情况在采用板式橡胶支座的简支梁桥中最容易出现，约束主梁的水平位移是这一过程中的核心因素，因此，本文提出的设计思想就是将简支梁桥的板式橡胶支座与主梁限位措施组成抗震系统，只要能够在支座受损后准确地对主梁的位移量进行预测，并且采取相应的策略来对主梁的移位进行限制，不仅可以使因落梁所引起的桥梁失效得到有效的防制，还可以通过可控的支座损伤来降低桥墩的震效，从而达到保护桥墩的目的。

基于支座有限损伤的简支梁桥抗震设计理论

采用基于性能的抗震设计思想。这一思想是多级抗震设防思想，为不同的结构物、抗震设防水准来制定适宜的抗震性能目标，让不同水准地震作用下的桥梁结构需求在通过设计后能够达到预期的抗震性能目标。其与传统抗震设计思想相比主要有多级性结构性能目标、可选性结构性能目标、可控性结构抗震性能等特点。而基于支座有限损伤的抗震设计方法的研究地震设防水准、研究结构性能目标、研究结构地震反应预测方法以及具体的结构设计四个方面，构成了基于支座有限损伤的简支梁桥抗震设计理论。

支座性能目标

板式橡胶支座的的主要作用就是竖向支持主梁，并通过橡胶与支撑钢板间产生的静摩擦力为主梁提供水平约束，而支座的支承约束力与支座及主梁间的相对位移量有着密切的关系，因此，通过支座与主梁间的相对位移可以评价支座的损伤情况。图1为主梁与支座间的支撑关系。

根据支座对主梁的支撑情况我们可以将支座的损伤划分为五个等级，如图2所示。

根据多级性结构性能目标的要求，需要将E1、E2设防水准下的支座损伤容许指标分别给出。结构性能目标指的是结构物在某一地震设防程度下最多可接受多大的破坏程度，要确定这一目标需要将震后损失、恢复重建、场地结构等多种因素进行考虑。本文计算分析了都汶高速公路、国道213线都江堰至汶川段上的21座简支梁桥，来了解桥梁在各个设防烈度下所能容许的支座损伤程度。选取的桥梁跨度范围是20-40m，其中小桥4座，中桥5座，大桥12座，共有支座302组。按照图3的E1、E2设防水准下的加速度峰值来调幅地震波，每一PGA共有抽样6342组支座损伤，其支座损伤程度频次如图4、图5所示。

我们从图5、图6中可以看出，在E1地震作用下，所有支座在Ⅶ度地震烈度区都没损伤，并且在Ⅷ、Ⅸ地震烈度区只有0.8%和1.5%的支座有轻微损伤。而所有构件在E11水平地震作用下，根据要求应该处于弹性状态，因此本文提出，桥梁的支座在E1水平设防等级、地震烈度为Ⅶ-Ⅸ度区应处于无损伤状态。

在E2水平地震作用下，Ⅶ度地震力度区域，0.17g的PGA时出现极小程度的轻微损伤；0.255gPGA时为3.5%的轻微损伤率，0.5%的中度损伤率，合计损伤率4%。由此可见，要求绝大部分桥梁支座无损伤是能够有效实现的；且我国地震区的Ⅶ度设防烈度区域占了较大比例，因此要求支座处于无损伤状态对减少震后修复工作量也有很大意义。因此在E2地震作用下，桥梁处于Ⅶ区的支座也应处于无损伤状态。

在Ⅷ度地震烈度区，E2水平地震作用下，0.34gPGA时的轻微损伤率为7.5%，3.8%中度损伤率；在0.51gPGA时为24.3%的轻微损伤率，12.5中度损伤率，并且出现了0.5%的严重损伤率，共计损伤率40%，要求支座在这种情况下实现处于无损伤的状态是不容易的。因此，桥梁处于Ⅷ度地震烈度区时，应该分类处理其支座性能目标，对于桥梁在0.1g地震动加速度峰值时，可要求其处于轻度损伤状态；而当桥梁处于0.15g地震动加速度峰值时，建议支座可容许处于中度损伤状态。

在Ⅸ度地震烈度区中，支座的受损比例最高达到70%，其中重度损伤与失效支座的比例为7%，有38.6%的重度损伤率。考虑到由于支座的严重损伤桥梁的承载力已经下降，因此在灾后救援时需先进行紧急处理后在通行，因此提出桥梁处于Ⅸ度地震烈度内，支座可容许中度损伤。

结语

综上所述，上世纪各国采用的基于强度的桥梁结构抗震设计思路不能有效控制乔辽在地震作用下的各部件以及结构损伤情况，导致造成巨大的社会经济损失。而桥梁在强震作用下，处于Ⅷ度级以上地震烈度的地区时，板式橡胶支座的震害是不可避免的。因此，应深入研究支座有限损伤技术理论体系，改善以支座作为能力保护构件的设计理念，尽大限度地保障人们在大震作用下的生命安全，降低我国因地震的社会经济损失。

参考文献：

[1]朱超.基于支座有限损伤的简支梁抗震设计方法研究[D].西南交通大学,2015.

[2]苗宇,王秋园.基于支座有限损伤的简支梁桥抗震设计方法[J].公路交通技术,2015,01:51-57.