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柳林建筑中铅芯橡胶支座和粘滞阻尼器共同使用会互相削弱

双林橡胶  2020/5/15 16:00:36  5782
内容摘要:铅芯橡胶支座由铅芯棒、橡胶层、钢板等迭层粘结而成。铅芯棒增大支座的阻尼,吸收地震能量;钢板提高支座的竖向刚度,使之能有效地支承桥梁上部结构;橡胶层赋予支座高弹性变形及复位和承载的功能。因此,铅芯橡胶支...

铅芯橡胶支座由铅芯棒、橡胶层、钢板等迭层粘结而成。铅芯棒增大支座的阻尼,吸收地震能量;钢板提高支座的竖向刚度,使之能有效地支承桥梁上部结构;橡胶层赋予支座高弹性变形及复位和承载
的功能。因此,铅芯橡胶支座既具有较高的承载性,又具有较大的阻尼,还具有大水平位移能力和复位功能,是一种集支撑与耗能于一体的隔震装置。

根据计算模型及地震动输入,应用非线性动力时程分析方法进行地震响应分析。分析时考虑4种情况:

工况一:采用常规支座布置,即仅在10号、14号、17号墩处设置纵桥向固定支座,其余桥墩处均设置滑动支座;

工况二:采用铅芯橡胶支座,即全桥各墩处均按实际位置设置铅芯橡胶支座,其中边支座屈服力Q,=451kN,初始刚度K=23.15kN/mm,屈后刚度K=3.56 kN/mm,中支座屈服力Q,=817kN,初始刚度K=34.45kN/mm,屈后刚度K=5.31 kN/mm;

工况三:支座布置同工况一,同时在8号、12号、16号、19号过渡墩处均设置两个液体粘滞阻尼器,其中阻尼系数c=1000kN/(m/s)“5,a=0.5;

工况四:同时采用铅芯橡胶支座和液体粘滞阻尼器,即铅芯橡胶支座布置和参数同工况二,液体粘滞阻尼器布置和参数同工况三。

铅芯橡胶支座

图5为不同工况下,桥梁地震响应量的计算结果,其中位移选取梁端最大地震位移进行研究,内力选取第四联的边墩、次边墩、中墩各构件的最大地震内力进行研究。可以看出:

①采用减隔震装置后,梁端最大地震位移均大幅减小,其中以工况四为最优、工况二次之、工况三最差。原因在于减隔震装置可有效耗散地震能量,减小传至结构的地震作用,铅芯橡胶支座与液体粘滞阻尼器联合作用,可获得较好的效果。

②采用减隔震装置后,边墩的地震响应均有所增大,其中以工况三为最优、工况二次之、工况四最差。原因在于设置减隔震装置后,边墩由自由振动变为受迫振动,对于工况二边墩需承受铅芯橡胶支座的水平力,对于工况三边墩需承受液体粘滞阻尼器的阻尼力,对于工况四边墩需承受上述两种力的共同作用。

③采用减隔震装置后,次边墩的地震响应变化不大,总体上呈下降趋势,其中以工况四为最优、工况二次之,工况三为最差。原因在于次边墩较高,自由振动的地震内力较大,受迫振动后,其地震内力受减隔震装置力学性能影响。

④采用减隔震装置后,中墩的地震响应明显减小,其中以工况四为最优、工况二次之、工况三最差。原因在于上部结构传至下部结构的地震作用,对于工况一全由中墩承担;对于工况二由各墩分担;对于工况三虽然全由中墩承担,但由于液体粘滞阻尼器的耗能作用,上部结构传至下部结构的地震作用已经减小;工况四虽与工况二类似,但由于液体粘滞阻尼器的耗能作用使得地震响应量进一步减小。

从各墩受力的差异程度来看,以工况二、工况四的差异性最小、工况三次之、工况一最大。原因在于采用铅芯橡胶支座后,即工况二、工况四的情形,桥梁在纵桥向各墩均参与受力,在墩高和支座刚度差异不大的情况下,各墩的地震响应量也比较接近;采用常规支座布置,即每联仅在中墩处设置一个固定支座时,即工况一、工况三的情形,桥梁上部结构传至下部结构的地震作用均由中墩承担,而其余墩均为自由振动,造成中墩地震响应极为显著。

由上述分析可知,共同使用铅芯橡胶支座和液体粘滞阻尼器较之以单独使用其中之一的情形,可使梁端最大地震位移、次边墩和中墩的地震内力均有所减小,但会导致边墩的地震内力明显增大。因此,作为对两种减隔震装置共同使用的优化,考虑在工况二的基础上,每个墩处均设置两个上述液体粘滞阻尼器,作为工况五;在工况四的基础上,将边墩铅芯橡胶支座替换为滑动柳林盆式支座,余皆不变,作为工况六。

图6为不同耦合方式下,桥梁地震响应量的计算结果。可以看出:在各墩处同时设置铅芯橡胶支座和液体粘滞阻尼器,可明显减小梁端最大地震位移,但会使得构件的地震内力增大,原因在于地震作用下,两种减隔震装置不能同步作用,其减隔震效果反而不如单独使用时明显。

图7给出了中墩在工况五时,铅芯橡胶支座、液体粘滞阻尼器和二者耦合作用的荷载一位移曲线。

可以看出:铅芯橡胶支座与液体粘滞阻尼器耦合作用时,其荷载.位移曲线与铅芯橡胶支座的荷载。位移曲线类似,但曲线斜率更陡,滞回环趋于扁平,耗能能力降低,表现为中墩地震内力增大。
综上,铅芯橡胶支座和液体粘滞阻尼器本身都是具有耗能功能的减隔震装置,但二者共同使用并不能得到更优效果,反而互相削弱。同时,考虑到静力设计希望边墩处主梁可以自由滑动,以减小温变作用,因此可得两种减隔震装置优化的组合模式,即边墩处采用常规滑动支座并设置液体粘滞阻尼器,其余支座均采用铅芯橡胶支座而不设置液体粘滞阻尼器。

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