橋梁減、隔震橡膠支座設計原理

對橋梁減、隔震橡膠支座,其原理可以簡單的用下面的單自由度系統說明。是無隔震控制的單自由度動力系統的計算模型,墩的變形主要是彎曲變形,系統的質量、阻尼和剛度分別為M:、q和K,;增加了橋梁減、隔震橡膠支座裝置的單自由度系統的計算模型,由于橋梁減、隔震橡膠支座裝置的剛度遠小于墩的剛度,故整個系統的變形主要為剪切變形,系統的質量、阻尼和剛度為MZ、q和K且M、=MZ,q一>KZ。

若設么、最分別為板式橡膠與鉛芯橡膠支座支撐下系統的阻尼比,則由結構動力學['”]可以求出橋梁結構板式橡膠與鉛芯橡膠支座支撐下結構的振動周期比其中,不為隔震前結構的第一階振動周期,兀為隔震后結構的第一階振動周由于增加了減、隔震控制系統,使得原橋結構的動力性態發生了變化,即延長動力系統的第一振動周期;增大了阻尼。橋梁減、隔震橡膠支座系統主要包括三個基本功能:

(1)延長周期

利用柔性支承來延長結構的自振周期、降低地震力作用。地震作用下結構的損壞主要取決于橋梁結構的自振頻率和地震動卓越頻率的禍合情況,可見,延長結構的自振周期可以避開地震的卓越周期范圍,從而有效地減小結構的地震加速度反應。隔震的本質是將上部結構與可能引起破壞的地面運動隔離開來,可以通過延長結構的固有周期,避開地震能量集中的范圍,從而降低結構的地震力。通常采用的橋梁減、隔震橡膠支座技術是在橋梁結構的上部結構和下部結構間設置減隔震裝置,以橋梁減、隔震橡膠支座裝置的較大相對變形為代價來減少上部結構的加速度反應,改善結構的受力狀況。

(2)增大阻尼

阻尼及耗能裝置。通過延長結構周期可降低地震力,但必然會導致結構位移反應的增大,從而可能在正常使用荷載下結構可能發生過大振動,為了減少結構的位移反應,可以通過引入阻尼裝置,以增加結構的阻尼,從而減小結構的位移,同時可以降低結構的動力加速度,降低上部結構的相對位移,使得位移控制在允許的范圍內;這時減隔震結構將大部分地震能量由發生在橋梁減、隔震橡膠支座裝置上的大變形來吸收,來減少傳遞給上部結構的地震能,從而減小上部結構的慣性力,使下部結構基本上保持在彈性范圍內,提高結構的可靠性。此外,橋梁減、隔震橡膠支座裝置也需要有一定的剛度、屈服力，以保證正常使用荷載下(如風、制動力等)結構不發生屈服和超過限定水平的振動。

(3)分散水平力

對于采用固定支座和滑動支座的橋梁,結構上的水平地震力主要由一個橋墩承受。對于采用橡膠支座的梁橋,根據橋墩、橋臺及其基礎的強度,可以使地震作用較均勻的分配在各墩臺,從而減小地震力向某一墩臺集中的情況,明顯改善橋梁的受力特性。