大跨度连续梁拱组合体系桥梁减震设计
摘要： 本文对大跨度连续梁拱组合体系桥梁的震动易受损位置的特点进行了分析，对有利于此类桥梁抗震设计的合理塑性铰出现的顺序进行了研究，对桥梁地震位移所响应的控制机理和两种具体的位移控制装置进行了简要的介绍，并对两种位移控制装置进行了分析，阐述了大跨度连续梁拱组合体系桥梁的减震设计方法。
Abstract： This paper analyzes the characteristics of the vulnerable position for vibration of large span continuous beam-arch composite system bridges， studies the reasonable appearance order of plastic hinge which is helpful for this kind of bridge seismic design and briefly introduces the control mechanism of bridge seismic displacement and two specific displacement control devices. The two displacement control devices are analyzed. The seismic design method of large span continuous beam-arch composite system bridges is expounded.
关键词： 粘滞阻尼器；弹性连接装置；减震设计；梁拱组合体系
Key words： viscous damper；elastic coupling device；seismic design；beam-arch composite system
中图分类号：U442.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）26-0119-02
0 引言
梁拱组合体系桥梁是特殊形式桥梁的一种，既有梁桥的特点也有拱桥的特征。梁拱组合是一种新的结构体系，可以将梁和拱在受力状态时的优越性充分的显现出来。从结构的内部受力状态观察，通过荷载在梁和拱中所产生的内部力量大多数可以转换成梁和拱之间的自平衡体系相互作用的力。梁的轴向拉力和拱的水平推力可以相互作用，梁和拱的界面总弯矩等效为通常以梁拉和拱压的形式受力，拱压力的纵向分力主要是剪力。
天津杨村（现武清县）的双龙桥是我国公路桥梁历史中第一座将梁拱相结合的桥梁，于1922年建成，是三孔跨径为20m的下承式钢筋混凝土结构的梁拱组合桥。随着我国桥梁设计的手段和理论的不断发展，出现了各种形式的梁拱相结合的桥梁体系。由于连续梁拱组合体系的桥梁具有结构轻盈美观、施工干扰较小、动力性能较好、结构刚度较大等特点，在桥梁设计中得到了广泛的应用。三跨连续梁拱组合体系桥梁主要应用在较大跨度的桥梁设计当中，可以设计成外部没有推力的结构，适用于地基为软土的地区，在60m-200m跨度的范围中使用较为广泛。由于我国处于多地震带上，在设计大跨度桥梁时需要注意桥梁的抗震安全作用，所以本文对大跨度连续梁拱组合体系桥梁在地震中容易受到损坏的位置特点和减震装置进行了分析，提出大跨度连续梁拱组合体系桥梁的减震设计方案。
1 梁拱组合体系桥梁已受损位置的特点
由于连续梁拱组合体系桥梁的内部受力结构较为复杂，所以应将抗震的重点放在桥梁的支座和下部结构等容易受到损害的位置。连续梁拱组合体系的桥梁振动特点和梁、墩的约束形式、地震的相应有关，横桥向各个墩都应设置横向的限位支座，如发生横向地震，可以通过各个墩进行分担地震力。顺桥向，由固定墩对地震力进行单独的承担。所以当顺向、横向的地震力产生时，桥梁体系都会发生损坏。连续梁拱组合体系桥梁的主要抗震薄弱部位是桥墩与桥体的连接位置、桥墩的基础位置和桥墩自身，在连续梁拱组合体系桥梁抗震的设计中应严格重视。按照能力设计原理，一般将使用在抗地震侧向力的钢筋混凝土桥墩设计为延性构件形式，其余构件设计为弹性构件形式。但是由于桥墩的设计需要考虑恒载等静力的荷载情况，截面能力的设计需求较强，很难进入塑性。而支座在受到震动后较为容易更换，维修的费用较低，所以应将支座作为第一顺序的塑性铰，桥墩作为第二顺序的塑性铰，不仅可以降低维修时所需要的费用，还可以确保能力保护构件的安全。所以在地震的作用中，应允许支座剪切破坏用来保护其余的构件，同时支座的水平剪切强度应按照地震响应进行设计，确保支座在地震时可以按照要求进行剪切破坏作用。
使用允许支座剪切破坏的方法可以将上部结构对下部结构的影响进行释放，对桥梁构件在地震中不受到破坏影响进行保护，但是需要付出的代价较比上部结构位移增加，所以应设置一定的装置对上部结构的过大位移进行控制，并提供一定的恢复能力。
2 位移控制装置和机理
使用允许支座剪切破坏方式会使梁端发生较大的地震位移，有两种方法可以减小梁端的位移变化：加大桥梁结构的'阻尼和适当的加大结构的钢度，缩短结构的周期，结合位移和力的影响设计出一个两全其美的方案。为了对支座剪坏所传输的较大梁端地震位移进行控制，应在梁和墩之间加设减震装置，主要有两种：①装置提供阻尼；②装置提供纵向刚度。
2.1 阻尼器 阻尼器主要是提供阻尼，种类较为复杂，主要有流体粘滞阻尼器、摩擦阻尼器、钢阻尼器、铅挤压阻尼器等。在大跨度桥梁中主要使用流体粘滞阻尼器进行控制。
2.2 弹性连接装置 弹性连接装置主要提供弹性刚度，主要有钢绞线拉索、大型橡胶支座等，应用在限位的液压缓冲装置，是弹性连接装置的一种形式。钢绞线拉索、大型橡胶支座等弹性连接装置可以对所有的荷载提供弹性刚度，液压缓冲装置对车辆、风速较小、温度变化等较慢作用的荷载不发生影响，对地震、阵风、汽车制动力等急速影响的荷载发生固定约束影响。 2.3 位移控制装置参数的选取 梁、墩连接装置参数的合理选取可以有效的对地震位移进行控制，所以参数的合理选择非常的重要。为了有效的对地震位移进行控制所设置的梁、墩连接装置在进行装置的具体选择和参数的合理选取时，应先对地震位移的控制效果进行考虑，并结合其余的荷载需要、装置的可靠性、安装的位置、装置的耐久性、造价等实际因素进行选择。
2.4 参数的敏感性 从地震位移控制方面对梁、墩连接装置进行参数合理选取时，要对参数的敏感性进行分析，将不同参数的选取值对地震位移控制的效果进行比较。在进行位移控制效果和参数分析时，要对弯矩、墩底剪力、梁端位移进行考察。
3 位移控制装置的效果比较
对所选取的阻尼器和弹性索参数进行非线性时程分析可以看出从横向，弹性索对位移的控制效果比阻尼器好，从纵向，弹性索和阻尼器的位移控制效果没有差异。设置阻尼器或者是弹性索后，不管是横桥向还是顺桥向，使用弹性索后，墩底弯矩和墩底剪力要小于使用阻尼器装置。
在进行有效控制梁端位移的同时，使墩底弯矩和墩底剪力得到大幅度的降低，可有有效的对桥墩的基础和桥墩进行保护，可以有效的起到减震的作用。在同等位移控制效果的状态下，使用弹性索装置对墩底内力方面的控制比阻尼器要好。液体粘滞阻尼器的价格较高，并且容易出现漏油的现象，使阻尼器的作用无法发挥，弹性索的价格较为低廉，并且更换、维修较为方便。所以弹性索在大跨度连续梁拱组合体系桥梁减震设计中较为常用。
4 总结
4.1 为了确保大跨度连续梁拱组合体系桥梁的主要构件在地震中不受到损坏，应将支座的设计为第一顺序塑性铰，将桥墩设计为第二顺序塑性铰，将其余构件设计为能力保护的构件。
4.2 在地震的影响下，应允许支座剪坏形式，同时要设置限位装置用来对较大的地震位移响应进行控制。
4.3 位移控制装置主要有两种，阻尼器和弹性索。阻尼器通过使桥梁结构的阻尼对结构的位移进行控制，并有耗能的功能。弹性索可以适当的增加结构的刚度，缩短结构的周期，同时对位移和力矩有一定的影响。选取合理的参数可以使阻尼器和弹性索有效的对结构的位移进行控制，但是弹性索较阻尼器更具有耐久性和经济型的优点。
参考文献：
[1]Zhenghua Wei，Wancheng Yuan，Pak-chiu Cheung，Xinjian Cao，Zhaojun Rong. Seismic Performance of Continuous Girder Bridges Using Cable-sliding Friction Aseismic Bearing[J]. Procedia Engineering，2011，14.
[2]李子特.连续梁拱组合桥梁—拱结合部位的力学性能研究[D].兰州交通大学，2012.
[3]罗春林.高速铁路连续梁拱组合结构桥梁抗震分析[J].铁道勘测与设计，2011，03：29-32.
[4]袁蔚.大跨度铁路连续梁拱组合桥梁抗震计算研究[D].西南交通大学，2010.
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