轨道交通高架连续梁减隔震适应性研究

1、轨道交通高架连续梁减隔震适应性研究摘要：在对宁溧城际轨道交通连续梁构造进展抗震专项分析中，针对桥墩尺度及景观要求，结合延性设计及才能保护设计理念，进展了采用减隔震支座的抗震适应性研究。分析未隔震和双曲面球型减隔震支座隔震条件下的罕遇地震响应，研究结果说明，各连续梁桥固定墩切向和径向双向、滑动墩径向隔震时，减震效果明显。降低了构造抗震设计的难度，减小了桥墩尺寸及桩基配筋。关键词：轨道交通；高架桥梁；减隔震设计；延性设计；才能保护设计1概述我国的城市轨道交通桥梁设计、建立处于飞速开展阶段，有关轨道交通抗震设计的思路方法也相应在新公布的?地铁设计标准?及?轨道交通构造抗震设计标准?中进展了规定，考虑

2、到轨道交通桥梁构造在荷载形式、变形要求等方面，既不同于国铁桥梁，也与公路桥梁有很大区别。因此，在进展抗震设计时，需要结合轨道交通桥梁的特点做好构造设计及抗震分析。尤其是设置单固定墩的连续梁构造，采用单纯依靠构造自身“抗住地震力的设计思路，容易会出现地震力大一增强构造抵抗力一构造刚度增大一地震力进一步增大一需再次增强构造抵抗力的不利循环。因此，如何在满足基于性能的多级设防原那么的根底上，能有效的控制桥墩及根底的体量，满足其桥梁的城市景观属性，是抗震设计中需要认真研究的问题，南京至高淳城际轨道禄口机场至溧水段工程为联络南京中心城区与禄口机场、溧水的市域快速轨道交通线路，宁溧城际线路全长约30.16

3、1km，其中高架线17.831km，其中跨越沿线道路主要采用主跨45m100m不等的连续梁构造。抗震设计时，连续梁由于纵桥向只有一个约束制动墩，在设计地震作用下该制动墩上的支座剪力计算值已经偏大，假设考虑延性设计，根据标准要求，制动墩上的支座剪力设计值那么应该满足罕遇地震作用，此时只有进步支座抗震等级。-地震力作用下的支座程度力效应值。 -支座程度抗力值此外该制动墩处的设计程度剪力及弯矩值也相应增加。假设加大截面尺寸，或配筋，又将使得墩底塑性铰处的弯矩承载力增加，给作为才能保护构件进展设计的桩根底的设计带来困难。因此，为了改善连续梁桥支座在地震作用下的受力状况，并改善下部构造桩基的抗震性能，设

4、计时，研究采用减隔振装置来降低构造的地震响应，以下通过对减隔震在连续梁中的运用实例，阐述了减隔震支座的减震机理，并通过非线性时程分析证明了轨道交通减隔震体系的有效性与可靠性，并提出了直接用于指导消费的减隔震支座设计参数。2减震机理2.1 减隔震工作原理目前国内使用较多的摩擦摆隔震支座主要是双曲面球形减隔震支座，支座构造图见图1-1所示：根据上盖板曲面滑动球面的形式，常采用两种支座形式：柱面支座和球面支座，柱面支座某单方向曲率为零，仅有摩擦耗能才能而无恢复力，而另一方向曲率不为零，具有恢复才能和摩擦才能，一般位于过渡或中间墩上。球面支座各个方向曲率半径相等且不为零，均具有恢复才能和摩擦才能，一般

5、置于固定墩上。2.1摩擦摆隔震支座的分析模型图2-3为摩擦摆隔震支座的恢复力模型，由图6-5可知，摩擦摆隔震支座的程度力可表示成恢复力和摩擦力之和，当摆角很小时，可表示成如下形式：在摩擦摆隔震支座的恢复力模型中，几个关键参数的物理意义为 ：为初始刚度， 为摩擦摆的摆动刚度， 为屈从位移，H为两个球面的球心距，分别可用以下公式表示：从等效刚度的计算公式来看：增大支座的球心距对于减小地震的内力响应效果较好，但支座的变位会相应增大；而增大支座的摩擦系数可有效地减小支座的位移，但地震内力响应会增大。3构造分析模型及地震参数3.1 构造分析模型建立各类型桥梁构造的动力特性分析采用空间有限元程序MIDAS

6、/CIVIL，建模时主梁、桥墩、承台均采用空间梁单元模拟，在承台底用六个弹簧刚度模拟群桩根底的刚度。各桥型构造有限元计算模型见图3-1图3-3所示，考虑到构造计算的准确性，计算模型中将边跨两侧简支梁半跨重量作为质量加载到边墩上。以下为局部构造有限元模型：3.2 地震动参数根据本线的工程场地设计地震动参数专题报告，选取了3条50年2%的概率程度下的程度向加速度时程，图3-4给出了50年超越概率2%的概率程度下的程度向地表加速度时程的3条时程曲线。3.3 罕遇地震作用下地震响应如按常规支座进展计算，得到的各桥梁构造在罕遇地震作用时的固定墩内力如下：可以看出，固定墩墩顶剪力和承台底弯矩均较大，采用相

7、应地震等级的抗震支座已经无法满足承载力需求，需加大支座抗震等级。3.4 罕遇地震作用下隔震分析考虑到轨道交通高架桥假设遭遇中小地震时摩擦摆式支座销栓剪断，会给支座的更换维护带来不便，因此各连续梁桥在中小地震作用下要求摩擦摆式支座的销栓未剪断可通过控制摩擦摆式支座的限位装置-销栓的承载才能来实现。在罕遇地震作用下，摩擦摆式支座的销栓剪断，摩擦摆式支座起隔震作用。以34.5+3x35m、45+70+45m连续梁为例，非线性时程计算分析结果如下所示。134.5+3x35m连续梁隔震分析结果3.4 隔震效果分析采用摩擦摆式隔震支座后，隔震效果见下表3.3与表3.4所示。从表3.4、表3.5可以看出，设

8、置摩擦摆式减隔震支座后，桥墩纵向弯矩减震率达8090%左右，横向减震率可达6080左右%，说明隔震支座减震效果优良。采用减隔震支座后，再进一步验算构造在罕遇地震作用下，是否还可以处于弹性工作状态，对固定墩及根底强度验算结果见表3.6表3.9。经计算，上述构造各项应力指标均满足弹性设计要求，因此，采用减隔震支座后，在罕遇地震作用下，连续梁桥各固定墩以及桩根底构件应力值在纵桥向和横桥向均小于容许应力，桥墩构造在弹性范围内工作，满足抗震设计要求。结 论通过对宁溧城际连续梁桥在罕遇地震作用的地震反响分析，根据连续梁方案在地震作用下制动墩上的支座剪力难以满足设计要求的特点，提出了双曲面球型摩擦摆式支座的

9、隔震设计方案；最后根据墩身截面以及桩根底单桩截面的配筋形式，以及地震响应分析结果，对构造在不同设防水准下的抗震性能进展了验算，根据验算结果得出如下结论：1 罕遇地震作用下，采用常规抗震支座，连续梁固定墩纵桥向各约束桥墩控制截面的应力均大于容许应力，横桥向所有墩控制截面应力均大于容许应力，构造进入弹塑性工作阶段。桥墩按延性设计，桩根底按照才能保护设计原那么进展，桩根底需加强配筋，并按混凝土及钢筋的标准强度进展验算，认为实际桩根底构件发生可修复损伤。2 连续梁构造采用双曲面球型摩擦摆式减隔震支座后，桥墩及其桩根底等构造仍然处于弹性工作阶段，满足抗震设计要求。综上所述，对于轨道交通连续梁构造，考虑到固定墩承受主要地震力的特点，为维持