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减隔震支座是一种应用于桥梁工程中的抗震技术，主要用于提高梁式桥在地震作用下的抗震性能。其核心原理是通过在桥梁上部结构与下部结构之间设置具有减震和隔震功能的支座装置，延长结构自振周期、吸收地震能量、降低地震力传递，从而有效减小桥梁在地震中的动力响应。

北方交通大学土木建筑工程学院，北京 100044)

摘要：采用编制的二维有限元程序，对采用铅芯橡胶支座作为减隔震装置的桥梁结构进行了非线 性动力分析，研究了不同场地的地震激励、地震烈度、桥梁墩高和截面尺寸、支座参数等因素对桥梁 结构抗震性能的影响，并与板式橡胶支座进行了比较。分析结果表明，铅芯橡胶支座可以有效地降 低结构的位移和内力响应，改善结构的抗震性能。 关键词：铅芯橡胶支座；板式橡胶支座；非线性；减、隔震 中图分类号：U442.55文献标识码：A

近年来新的桥梁保护体系技术得到了广泛的发 展，如铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、滑动支座 等1。其中湖北宜昌东方锦之苑一期工程施工组织方案，铅芯橡胶支座作为一种减隔震支座得到 了广泛的研究2~]。目前来说，考虑减隔震支座和桥 墩的相互作用来设计减隔震支座还比较困难。传统 的非弹性设计方法仅仅考虑了结构（桥墩)本身，对 减隔震桥梁而言，桥墩和支座之间的地震能量分配 是一个突出的问题，为比首先必须了解不同减隔震 支座对桥梁抗震性能的影响。笔者采用非线性动力 分析程序研究了不同结构参数对减隔震桥梁抗震性 能的影响

桥梁结构动力分析模型及分析方

对典型的普通铁路简支梁桥，上部结构通常为 T型梁，笔者采用24m梁桥作为分析模型，其截面 参数可参见叁标桥2019"。在分析中不考虑土一结 构相互作用的影响，在实际建立简支梁桥地震反应 分析有限元模型时，主要采用了两类单元：非线性梁 柱单元和非线性连接单元。为研究减震支座的减震 性能，仅考虑了固定支座和设置减隔震支座桥墩的 动力响应。 在地震作用下，支座的水平刚度对桥梁主体结

对墩高为10m的24m跨简支梁桥来说，笔者 采用的板式橡胶支座（RB）尺寸为300mm×300 mmX52mm，铅芯橡胶支座（LRB）采用在RB中压 入铅芯。对板式橡胶支座，其刚度值为2.432×10 kN/m，对铅芯尺寸为Φ60的铅芯橡胶支座，其初始 刚度值K和屈服后刚度：值K2分别为3.273×10 和3.568X10*kN/ml11~13]。 减震率=（减、隔震支座的墩顶的最大位移一普通支 座的墩顶最大位移）/普通支座的墩顶最大 位移 减隔震设计的目的是：使地震作用下大部分能量 集中于减隔震装置，而降低下部结构所承受的惯性 力和延性需求。从图1和表1、2可以看出，对一类场 地来说，采用铅芯橡胶支座后，墩顶位移明显改善， 对1、5、9号波梁体位移有一定的放大，但整体上还 是保持在合理的范围内。对三类场地，4、9号波的墩 顶位移发生了放大，2、4、3、9号波作用下，梁体位移 发生了放大。对板式橡胶支座，其减震性相对铅芯橡 胶支座要差得多。一类场地的1、5、7、9、10号波，三 类场地的2、4、6、7、8、9号波，墩顶位移都发生了放 大，其中一类场地的1、7.9和三类场地的2、6、9还

驳，等：减隔震支座对梁式桥抗震性能的影响

发生了显著的漂移（图1）。

图， （9号波）下墩项位移响应时程

表2 直类场地/cm

由此可见普通板式支座虽然能够延长结构的周 期.隔离上部结构和下部结构的振动模态，但是相对 铅芯支座而言，由于几平没有滞回耗能的功能，其减 震机理只是单纯地阻断地震力的传播路径，抑制结 构的前几阶频率的响应，并没有根本改变结构的动 力特性·因此减震性能并不理想。它无法控制梁体的 位移，其本身变位也达到了不可接受的程度，实际在 地震波（如三类场地的第4、6、9号波）作用下梁的最 大位移已经使支座达到了破坏的程度。由于普通板 式支座的刚度不随变位变化，其正常使用性能就不 如铅芯支座好。铅芯支座虽然初始刚度较大，但是大 震时能靠它的低刚度减小墩顶位移，且由于其具有 滞回耗能特性，能增大结构阻尼，把梁体位移控制在 可以接受的范围内，更为重要的是铅芯橡胶支座的 高阻尼可以避免与上部结构产生共振。阻尼改变了 结构的固有振动特性，由实模态转变为复模态，复模 态的激振相位和激振点随时间不断变化，使共振难 以发生，桥梁的抗震性能得到了明显改善。 通过计算两类场地的减震率可以发现，三类场 地有6条波的减震率低于50%，只有一条波在70% 以上，而一类场地只有二条波的减震率在50%以 下，有三条波的减震率高于70%；三类场地的减震 性要较一类场地要差一些。此外，对减震性能不太好 的一类场地的第7、9号波和三类场地的第2、4、6、 7、9号波，通过频谱分析可以发现，均为比较典型的 低频脉冲型地震波，因此，对易发生脉冲型地震的场 地，使用减、隔震技术的结构隔震设计应慎重。

2.2不同地震烈度的影响

为考虑在不同地震.烈度作用下的减、隔震性能， 笔者采用了8度和9度两种情况下的地震波，进行 结构动力响应分析。从图2可见：对铅芯橡胶支座、 在8度和9度地震波作用下，墩顶位移减震率基本 上保持一致的减震性能，对隔震前后的梁体位移比 （图3）.采用板式和铅芯支座在8度和9度烈度下， 两者的位移比变化趋势基本上是一致的，但采用铅 芯支座的梁体位移能保诗在较好的范围内。同时可 以看出（图2、3），三类场地的减震性能相对一类场

图 3 M震与非需震繁体位移比

地要差一些。总体而言，铅芯支座的减震性能要明显 强于普通板式支座。 从图4可见（图中实线代表一类场地·虚线代表 三类场地），采用铅芯橡胶支座后，结构在不同烈度 的地震波作用下，其墩底弯矩比变化差异很大，总的 趋势是9度的弯矩比要高于8度的值。一类场地的 第1、3、6、7、8、10条波，三类场地的第1、5、6、7、10 条波，由于8、9度时采用普通支座的结构都已经进 人（或接近）屈服，所以弯矩比变化较大。一类的第 2、4、5、9条波，三类场地的第8条波，由于8度下结 构均未屈服，且8度弯矩值较小，所以弯矩比在8、9 度下基本一致，这说明如果非隔震时结构未屈服，地 震烈度增大后，不论是采用减震支座还是采用普通 支座，结构的弯矩都呈现同步增大的现象。由于三类 场地的2、3、4、9在8度时弯矩值已经很大，在9度 作用下明显屈服了，所以其弯矩比变化也较大。产生 以上原因是由于结构在普通延性抗震时，当发生屈 服后其刚度显著下降，相应的结构抗力降低，所以随 位移增大，内力响应增大的幅度减小；而采用铅芯橡 胶支座后的结构由于未屈服，所以其抗力仍然是随 着位移增大而线性的增大，内力响应增大较多，由此 可见，采用位移来衡量铅芯橡胶支座的减震效果相 对要好一些。

为考察铅芯橡胶支座参数变化对桥梁减震性能 的影响，笔者采用了5种铅芯：Φ30、40、50、60、70 mm和9度地震波对结构进行了动力分析，其具

本参数变化见表3，其它结构参数同前。 表3铅芯橡胶支座基本参数/N

本参数变化见表3，其它结构参数同前。 表3铅芯橡胶支座基本参数/kN·m

表3铅芯橡胶支座基本参数/kN·m

在不同地震波作用下，变化铅芯直径后，其墩顶 加速度与采用普通支座时的比值见图5。从图5可 见，随着铅芯支座中铅芯直径的增大，减震效果非常 明显。这主要是由于随着铅芯直径的增大，支座的滞 回耗能能力随之增大（图5)，提供的阻尼增大。隔震 前后的梁体位移比（图7)显示，随着铅芯的增大，梁 体位移显著降低，但是在铅芯为60mm和70mm 的梁体位移比变化已经很小了。

85 增顶加速度品震与非隔震比（！类场地10条波）

16 铅芯橡胶支座滞回曲线（1类场地第6条波）

为了限制结构地震荷载作用下的动力响应值， 减隔震体系应当具有良好的耗能性能。如果铅芯橡 胶支座的初始刚度太小或：者是屈服力太小，减隔震 装置象一个线性弹簧一样，其刚度接近隔震体系的 屈服后刚度。同时，如果屈服力太低，减震装置在正

张 骏，等：减隔震支座对梁式桥抗震性能的影

常使用荷载作用下，就会发生屈服，且减震装置的初 始刚度太低，结构的基本周期有可能会落在风荷载 可能引起共振的范围内，最终使铅芯支座发生屈服， 所以当铅芯较小时，减震性能如同板式支座一样，并 不理想。相反，如果铅芯支座的屈服强度太大.隔震 体系的刚度就象一个刚度等于初始刚度的线性弹 簧，不利于延长结构的周期，降低结构的响应，体现 为结构的响应降低的幅度随铅芯直径的增大而降 低。虽然隔震后桥梁结构墩顶加速度和墩底内力远 小于隔震前的情况，但隔震后整个桥梁将会有较大 的梁体位移，当梁缝间距较小时可能会引起相邻梁 之间的碰撞甚至落梁，为此可以采用提高结构减隔 震支座的水平剪切刚度，但是同时可以明显发现（图 5)，随着铅芯的增大墩顶加速值是先降低，然后又有 所增大，说明不可一味追求增大铅芯直径。因此，铅 芯截面尺寸存在优选的问题，在保证有较好的减震 性能前提下，尽可能选取截面较大的铅芯，减小了梁 体的位移，起到防止落梁和减小伸缩变形的作用

某铁路站房暖通工程施工组织设计2.4不同桥墩截面刚度的影响

取一类场地的第1、4、8和三类3、4、10条波，铅 芯尺寸为60mm，桥墩截面尺寸为3m×0.9m～3 m×1.4m，墩高10m，上部结构参数同前，桥墩的 具体参数见表4。

从计算结果图8中可见，一类场地的第1、8号 波，随着刚度的增大，减震效果反而降低，三类场地 的第4号波出现了放大的情况；一类场地的第4号 波三类场地的第3号波随着刚度增大其减震性变化 比较复杂，但是总体来说增大的幅度不大。梁体位移 比（图9)在一类场地的第4、三类的第3号波下，虽 然随刚度增大有所降低，但不明显，而两类场地其余

图8墩顶位移减属率（LRB）（I类和I类场地）

四条波，基本上是随着骄墩刚度增大而增大；另外板 式支座和铅芯支座的变化趋势是比较一致的。这主 要是增大截面刚度后，结构的自振频率增大（本例由 1.1变为2.1Hz)，采用减隔震支座后，结构周期延 长随之增大db33∕t 1265-2021 建筑节能工程施工质量验收检查用表标准，体系的一阶频率体现为主要是梁体的 平动，因此增大桥墩截面对限制梁体位移不利。

隔震与非隔震的架体位移比

图10隔属与非隔震的墩底驾矩比