铅芯橡胶支座在隔震桥梁中能量设计方法

铅芯橡胶支座隔震桥梁系统能量谱计算

应用能量法进行桥梁减隔震设计的关键是要给出合理、实用的地震输入总能量谱。从耗能的角度看,铅芯橡胶支座的位移太小不利于充分发挥其耗能和降低地震力的作用。研究表明,在强震作用下铅芯橡胶支座的最大延性比可能达到20～50,本μ文主要针对30≤50的隔震系统进行研究。采b≤用文献[14]的方法计算Ⅰ类场地7度罕遇地震时隔震系统的地震输入总能量谱,计算中隔震支座刚度硬化比η取0115,桥梁结构本身的阻尼比按照5%计算,隔震系统的等效阻尼比ξeff按照图3中ξ类场地7eff与η和μb的关系取值。图6给出了Ⅰ度地震时隔震系统非弹性地震输入能量谱。由于地则隔震桥梁系统的能量破坏准则。基于能量平衡原理进行隔震桥梁地震响应分析时,往往将铅芯橡胶支座简化为具有线弹性特性的夹层橡胶垫和具有完全弹塑性恢复力特性的铅芯而合成的模型。

铅芯橡胶支座隔震桥梁的能量设计方法：

(1)要使隔震装置能够有效降低地震力从而起已有的研究表明，结构系统的强度、质量和刚度分布对地震输入总能量的影响很小，地震波输入到结构物的总能量主要依赖于结构物的总质量和第1周期。在进行基于能量法的隔震桥梁设计时，可到保护桥墩的作用，隔震桥梁系统的隔震度不应小于3。

(2)应成用7条以上场地条地震波作为激励，通过对隔震桥梁系统进行非线性能量反应时程分析，验证隔震支座是否满足位移延性比的限制要求。

铅芯橡胶支座首先根据桥梁的规划及设计需求确定桥梁的地震设防等级和隔震目标。由于等效隔震度Ib(隔震桥梁第1周期与未隔震桥梁第1周期的比值)是衡量隔震效果的重要指标,因此将Ib定为隔震目标。然后根据隔震系统参数,结合前面得到的地震输入总能量谱计算隔震桥梁系统的地震输入总能量,依据基于能量法的隔震桥梁破坏准则,初步确定隔震支座的设计参数。然后反复进行隔震桥梁地震响应计算并调整隔震支座的设计参数,直到隔震支座参数的选择达到隔震目标的要求,并且满足隔震支座位移延性比和桥墩位移延性比的限制条件,从而得到隔震支座合理的设计参数。

(1)依据能量平衡原理，建立了隔震桥梁系统的能量反应方程。将桥墩与铅芯橡胶支座串联，构建了隔震桥梁能量反应分析模型。

(2)通过单自由度隔震桥梁模型的参数分析，确定了用铅芯橡胶支座的刚度比近似代替单自由度隔震桥梁系统屈服后刚度与屈服前刚度的比值的简化计算方法，并给出了铅芯橡胶支座的阻尼比与位移延性比的关系曲线。

(3)根据铅芯橡胶支座隔震桥梁的特点，将隔震桥梁系统转化为双线性单自由度系统。依据《铁路工程抗震规范》选取Ⅰ类场地40条地震波。以此40条地震波作为激励得到的动力放大系数曲线总体上与规范给出的动力放大系数曲线符合较好。

(4)通过采用所选地震波对隔震系统进行非线性能量反应分析，得到了适用于Ⅰ类场地铅芯橡胶支座隔震桥梁设计的地震输入能量谱。

(5)提出以地震输入桥梁系统能量达到铅芯橡胶支座的极限耗能作为破坏准则、以隔震度作为隔震目标、以隔震支座位移延性比和桥墩位移延性比作为限制条件、将非弹性地震输入总能量谱作为地震能量输入的桥梁减隔震设计方法。