摘要 基于常規減隔震技術在連續剛構橋減隔震設計中無法取得良好效果的局限性，對高烈度深水庫區的連續剛構橋進行了地震時程分析，分別計算不同水深條件下采用搖擺提離式基礎減隔震裝置前后的橋墩地震響應，分析不同水深條件下墩頂位移、墩底彎矩、墩底剪力等參數的減震率，得出搖擺提離式基礎的減隔震規律和抗震設計關鍵控制指標。

　　關鍵詞 減隔震;提離式基礎;連續鋼構;抗震設計;橋墩

　　引言

　　為開發豐富的水電資源，我國西南地區大江大河中修建了大量的水電站，隨之形成了大量深水庫區橋梁，而且這些西部庫區深水橋梁所在的地域多處于地震多發區。研究表明，當地震發生時，由于動水等效附加質量的影響，結構的自振頻率將減小，橋墩與主梁的內力與位移普遍增大，動水作用對抗震是不利的[1]，橋梁將處于更不利的抗震狀態。

　　雖然目前減隔震技術可以通過設置減隔震裝置來延長周期，增大阻尼以耗散能量，并利用隔震體系，設法阻止或減少地震能量傳入到主體結構，進而避免結構構件的損傷[2]。但是對于剛構橋這種墩梁固結的結構形式，常規的在過渡墩處安裝阻尼器、減隔震支座等減隔震裝置的抗震技術對于全橋的減隔震效果相當有限，無法對橋墩起到良好的保護效果。

　　因此研究分析搖擺提離式基礎這種新式減隔震裝置的在剛構橋上的減隔震效果，對于提高剛構橋的抗震能力具有非常重要的意義。

　　1 搖擺提離式基礎減隔震機理

　　近年來，搖擺提離式基礎的提出為連續剛構橋的減隔震帶來了新的思路和方案。搖擺提離式基礎主要將地震動從橋墩底部隔離，隔震裝置可以由橋墩自身來完成[3]。要求正常使用及多遇地震作用下不發生提離，此時橋墩與基礎看成一個不分離的整體。多遇地震下的內力可與傳統墩一樣，按反應譜法或時程分析法進行計算;罕遇地震下通過橋墩的提離搖擺耗散地震能量，既能在一定程度上減弱地震對橋墩及上部構件的破壞，也能通過橋墩自重及其他豎向初始力保證橋墩的自復位功能[4]。同時，加設限位耗能鋼筋可減少墩頂位移，提高搖擺隔震橋墩的整體側向剛度。在多遇地震作用下，限位鋼筋不拉斷;在罕遇地震作用下，鋼筋拉斷實現自由搖擺，如圖1所示。在地震下不產生損傷，既保護了橋墩也保護了基礎，大大降低了震后的修復難度及費用。

　　2 工程背景

　　依托工程小江大橋位于白鶴灘水電站庫區內，主橋為(70+5×120+70)m預應力混凝土連續剛構，主梁采用C55混凝土，采用三向預應力混凝土結構。主橋橋墩墩身采用C40雙肢實心墩，墩高80～90 m。下部基礎采用承臺接群樁基礎。其具體布置見圖2所示。地震動峰值加速度0.30 g，反應譜特征周期0.45 s，抗震設防烈度Ⅷ度。白鶴灘水電站蓄水后，主墩最高淹沒水深為69～79 m。

　　3 搖擺提離式基礎減隔震效應分析

　　3.1 模型計算分析參數

　　該文采用有限元分析軟件對小江大橋進行時程分析，基于流固耦合理論的有限元模型進行計算，其中，橋墩和水體分別采用3D-Solid單元、3D-Fluid單元模擬[5]。地震波加載方向為順橋向，取20倍橋墩尺寸寬度的水體，橋墩底部采用僅能受壓的link10單元模擬提離彈簧，提離彈簧的剛度k=1×107 kN/m，阻尼系數c為1 820 kN·s/m，彈簧底部固結。

　　為了分析水深、減隔震裝置對結構動力響應的影響，采用無量綱參數R表示橋墩各動力響應減震率：

　　式中，R——橋墩地震動力響應(包括墩頂最大水平位移、墩底最大剪力、墩底最大彎矩等)減小率;

　　D0——在未安裝減隔震裝置時橋墩在不同水深條件下的地震動力響應(包括墩頂最大水平位移、墩底最大剪力、墩底最大彎矩等);

　　Di——在設置搖擺提離式基礎減隔震裝置后橋墩在不同水深條件下的地震動力響應(包括墩頂最大水平位移、墩底最大剪力、墩底最大彎矩等)。

　　3.2 計算結果分析

　　分別計算橋梁結構在無水、45 m水深、75 m水深狀態下未采取減隔震裝置的地震響應和采取搖擺提離式基礎后的地震響應，對減震前后的地震響應進行比對分析。

　　3.2.1 縱橋向墩頂位移

　　如圖3及表1所示，引入提離式基礎后，各墩墩頂最大位移在無水工況下均有所增加，其中，1#邊墩墩頂位移增大7.1 mm，增幅達到22.725%，中墩墩頂位移也被放大，但增幅小于邊墩，5#中墩墩頂位移增幅最小，但仍達到16.314%;由此表明，采用提離式基礎降低了墩底剛度，放大了結構的墩頂位移，采用提離式基礎的橋梁應把墩頂位移作為一個重要控制指標。

　　采用提離式基礎的連續剛構橋在水深45 m、75 m的工況下，每個單墩墩頂位移的減震率如表1所示。采用提離式基礎的連續剛構橋，邊墩的墩頂位移增幅稍大于中墩，隨水深的增加，各橋墩墩頂位移的增幅逐漸減小，當淹沒水深達到75 m時，其增幅約為無水工況的1/2，但邊墩墩頂位移增幅仍略大于中墩。這是由于水增大了結構的阻尼，降低了結構自振頻率，減小了由提離式基礎引起的部分墩頂位移。

　　3.2.2 縱橋向墩底剪力

　　如表2所示，引入提離式基礎后，各墩的墩底剪力極值均出現明顯減小，其中6#邊墩降幅最大，剪力極值減小約17.5%，4#中墩降幅最小，剪力極值減小約12.6%。由于提離式基礎沒有固定的自振頻率，不會出現與地震主頻同頻的共振現象，由此表明，無水工況下采用提離式基礎可以有效減小橋墩墩底剪力，具有明顯的減震效果。

　　采用提離式基礎的連續剛構橋在水深45 m、75 m的工況下，其縱橋向墩底剪力均小于采用普通基礎的連續剛構橋，采用提離式基礎對邊墩的縱橋向墩底剪力的減震效果略好于中墩。隨水深的增加，提離式基礎對縱橋向墩底剪力的減震效果逐步下降，當水深達到75 m時，6#邊墩的減震率約為9%，小于45 m水深和無水工況下的12%和17.46%，3#中墩減震率僅為5.25%，減震效果小于淺水工況。由此表明，提離式基礎對縱橋向墩底剪力的減震效果將隨著水深的增加而逐步減小。

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