大跨度連續(xù)梁橋減隔震技術(shù)研究現(xiàn)狀

大跨度連續(xù)梁橋減隔震技術(shù)研究現(xiàn)狀

由于成本經(jīng)濟(jì)合理，設(shè)計(jì)施工技術(shù)成熟，維護(hù)工作量小，完整性好，運(yùn)營舒適等優(yōu)點(diǎn)，已成為大型橫跨橋和所引用橋的常見類型。但是大跨度連續(xù)梁橋體形龐大,頭重腳輕,地震作用時(shí)下部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和變形需求較大。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法是依靠增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和延性變形能力來抵抗地震,這就需要增大橋墩和基礎(chǔ)的截面尺寸及配筋量,不僅大大增加了下部結(jié)構(gòu)的造價(jià),還給施工帶來了一定困難。在一些高烈度地區(qū),即使采用延性抗震設(shè)計(jì)的概念也很難滿足橋梁的抗震性能目標(biāo)要求。采用減隔震技術(shù)將橋梁上下部結(jié)構(gòu)振動(dòng)分離開來,減小橋墩承擔(dān)的地震力是解決大跨度連續(xù)梁橋抗震問題的新思路。大跨度連續(xù)梁橋?qū)Ω粽鹬ё呢Q向承載力和側(cè)向變形能力要求較高,限制了一些常用減隔震技術(shù)的使用,給減隔震設(shè)計(jì)帶來了困難。本文將對(duì)大跨度連續(xù)梁減隔震技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查研究,探討大跨度連續(xù)梁橋減隔震技術(shù)問題的解決思路和研究方向。1連續(xù)梁橋的滑動(dòng)隔震技術(shù)很多學(xué)者對(duì)現(xiàn)有減隔震技術(shù)在大中跨度連續(xù)梁橋中的適用性進(jìn)行了探討。徐秀麗等對(duì)某大型跨江橋梁的引橋(50m+9×75m的連續(xù)梁橋)綜合比較了四種減隔震方案,其分別采用了具有復(fù)位彈簧的滑動(dòng)摩擦支座、粘滯阻尼器、lock-up裝置、鉛芯橡膠支座。最后作者得出結(jié)論:滑動(dòng)支座可以顯著降低橋墩地震力,但是在支座處會(huì)產(chǎn)生較大的相對(duì)位移,縱橋向震后糾偏比較困難,此方案僅適用于橫向抗震;粘滯阻尼消能減震設(shè)計(jì)方案不僅可以降低橋墩的內(nèi)力,還可以降低墩梁之間的相對(duì)位移,但由于地震作用下橫橋向墩梁間速度差較小,此方案一般只適宜用于縱向減震;lock-up裝置可以使地震作用下固定墩和自由墩的內(nèi)力分布均勻,并且其價(jià)格便宜、施工方便,但其僅適用于縱向隔震;鉛芯橡膠支座使墩底內(nèi)力降低很多,減震效果優(yōu)于滑動(dòng)支座,且產(chǎn)品性能穩(wěn)定,但對(duì)于大跨度橋梁,由于正常使用狀態(tài)下主梁的伸縮變形比較大,鉛芯橡膠支座的縱橋向應(yīng)設(shè)計(jì)為滑動(dòng)支座,所以其僅適用于連續(xù)梁橋的橫向抗震。王磊等對(duì)吉林龍華松花江特大橋聯(lián)合使用lockup裝置和液體黏滯阻尼器裝置的減隔震方案進(jìn)行了研究,并認(rèn)為lock-up可以使滑動(dòng)墩很好的分擔(dān)地震力但其沒有耗能能力,粘滯阻尼器可以消耗能量,降低總體反應(yīng),但對(duì)固定墩地震內(nèi)力的減震效果不好,lock-up裝置和液體黏滯阻尼器的聯(lián)合使用可同時(shí)使這兩種結(jié)構(gòu)保護(hù)裝置的優(yōu)點(diǎn)得以發(fā)揮。值得注意的是,設(shè)置lockup裝置后結(jié)構(gòu)的周期會(huì)變短,可能顯著增加結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng),所以lock-up裝置對(duì)于周期較長的高墩連續(xù)梁橋較適用,對(duì)于矮墩橋的使用存在著風(fēng)險(xiǎn)?；瑒?dòng)隔震技術(shù)具有較大的豎向承載能力且隔震效果良好,在大跨度連續(xù)梁橋減隔震技術(shù)研究中受到了很多的關(guān)注。龔一瓊等對(duì)純滑動(dòng)隔震技術(shù)在大跨度連續(xù)梁橋中的應(yīng)用進(jìn)行了探討,其將連續(xù)梁橋中的固定支座改造為臨時(shí)滑動(dòng)的隔震支座。該支座為活動(dòng)盆式支座加限定鋼板做成,限定鋼板用高強(qiáng)螺栓連接在支座頂板上,當(dāng)?shù)卣鹱饔孟轮ё羟辛Υ笥诼菟ㄔO(shè)計(jì)荷載時(shí),螺栓被剪斷,支座成為可以自由滑動(dòng)的活動(dòng)支座,上部結(jié)構(gòu)變成了滑動(dòng)體系。螺栓的設(shè)計(jì)荷載要保證能夠承受汽車制動(dòng)力,滿足橋梁正常使用狀態(tài)下的要求。對(duì)使用該技術(shù)的一座5跨連續(xù)梁橋(49.90m+3×80.00m+49.90m)進(jìn)行計(jì)算分析表明,罕遇地震作用下原固定墩的剪力降為改造前的4.58%,彎矩降為改造前的6.44%,支座相對(duì)位移僅為77.2mm,取得了較好的減隔震效果。此類純滑動(dòng)隔震體系在滑動(dòng)過程中不能提供恢復(fù)力,地震時(shí)主梁位移很難控制,結(jié)構(gòu)的響應(yīng)過程難以模擬。為了給滑動(dòng)隔震體系提供恢復(fù)力和增加體系的阻尼耗能能力,很多學(xué)者將滑動(dòng)隔震技術(shù)和其他隔震技術(shù)組合使用。郭磊等組合使用滑動(dòng)隔震技術(shù)和彈塑性耗能減震技術(shù)對(duì)一座6跨大型連續(xù)梁橋(65m+110×4m+65m)進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)方案中聯(lián)合使用鋼棒阻尼器和活動(dòng)盆式支座。為了保證橋梁正常使用的要求,鋼棒阻尼器的屈服力與活動(dòng)盆式支座的臨界摩擦力之和大于活動(dòng)盆式支座豎向承載力的10%,相比于傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)方案,該方案大大降低了原連續(xù)梁橋固定墩墩底內(nèi)力,同時(shí)控制了結(jié)構(gòu)的位移。值得注意的是為了避免在正常使用狀況下活動(dòng)盆式支座發(fā)生較大的位移,彈塑性減震耗能裝置的彈性剛度也不宜過小。徐利民等也采用了滑動(dòng)隔震技術(shù)和彈塑性耗能減震技術(shù)對(duì)唐津高速公路永定新河大橋(82.75m+110m+82.75m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋)進(jìn)行了減隔震設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)方案中聯(lián)合使用了臨時(shí)活動(dòng)盆式支座和弧形鋼板條組合的減隔震方案。同上述郭磊的設(shè)計(jì)方案不同的是,該方案支座初始剛度由支座抗剪銷提供。原固定墩上設(shè)置臨時(shí)活動(dòng)支座,地震作用下當(dāng)支座剪切力大于支座的容許水平承載力時(shí),抗剪銷剪斷,固定支座變成了可以自由滑動(dòng)的活動(dòng)支座,這時(shí)弧形鋼板條提供了支座的恢復(fù)剛度和彈塑性阻尼耗能機(jī)制。在采用滑動(dòng)體系的橋梁減隔震設(shè)計(jì)中,地震作用時(shí)結(jié)構(gòu)位移的控制比較困難。MuratDicleli對(duì)使用減隔震支座的同時(shí)增設(shè)彈性橡膠元件提供附加彈性剛度和恢復(fù)力的減隔震體系進(jìn)行了研究。在一座連續(xù)鋼梁橋(54m+85m+3×65m+40m)減隔震設(shè)計(jì)中,橋墩處使用FPS支座,而橋臺(tái)處則使用多層彈性橡膠支座以增加結(jié)構(gòu)的恢復(fù)剛度。在另外一個(gè)隔震橋梁的設(shè)計(jì)中,其在橋墩上使用減隔震支座的同時(shí)用彈性橡膠塊連接橋墩和主梁。分析表明這種提供附加彈性剛度的方法能有效地減少了隔震裝置位移而同時(shí)又使橋梁下部結(jié)構(gòu)基底剪力保持在合理范圍內(nèi)。另外一種對(duì)滑動(dòng)隔震技術(shù)的改進(jìn)是摩擦擺式隔震支座(FPS)的開發(fā)應(yīng)用,這類支座基于鐘擺概念利用結(jié)構(gòu)自重來提供支座恢復(fù)力,既保留了滑動(dòng)隔震技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)又控制了結(jié)構(gòu)的位移。摩擦擺式隔震支座在大跨度連續(xù)梁橋中的典型應(yīng)用為美國的Benicia-Martinez橋隔震加固技術(shù)方案。該橋的主橋?yàn)?1跨共4894英尺長的大跨度連續(xù)鋼桁架公路橋,中間7跨均為528英尺。為了達(dá)到隔震效果,該橋的加固方案采用了22個(gè)摩擦擺式支座來替換原橋的支座。摩擦擺式隔震支座的阻尼耗能機(jī)制也主要依靠滑動(dòng)接觸面的摩擦來提供,為了提高該類支座的阻尼耗能機(jī)制,也可以與其他類型的阻尼器組合使用。魯傳安等對(duì)某強(qiáng)震區(qū)大跨徑高墩連續(xù)梁橋(89m+170m+89m)組合使用摩擦擺式隔震支座和粘滯阻尼器進(jìn)行設(shè)計(jì)。阻尼器主要是附加在兩端橋臺(tái)的縱橋向。通過對(duì)兩種減隔震裝置的合理的參數(shù)設(shè)計(jì)可以使結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)大幅下降,在0.816g高峰值地震作用下也能很好的控制結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移。通過對(duì)大跨度連續(xù)梁橋減隔震技術(shù)研究的現(xiàn)狀可以看出,大跨度連續(xù)梁橋減隔震設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是減少固定墩的地震力同時(shí)控制結(jié)構(gòu)的位移,使用的技術(shù)手段主要有柔性支撐隔震技術(shù)、滑動(dòng)隔震技術(shù)、耗能減震技術(shù)、lock-up墩梁鎖定技術(shù)及其各種技術(shù)的聯(lián)合使用。各種減隔震技術(shù)和裝置都有自己的特點(diǎn)和適用范圍,為了得到更好的減隔震效果,合理的參數(shù)設(shè)計(jì)和裝置的組合應(yīng)用是關(guān)鍵。2新型減隔震合成無內(nèi)固結(jié)裝置為了突破現(xiàn)有減隔震技術(shù)和裝置的限制,很多學(xué)者對(duì)新型的橋梁減隔震技術(shù)和裝置進(jìn)行了開發(fā)研究。國內(nèi)同濟(jì)大學(xué)較早對(duì)新型減隔震技術(shù)進(jìn)行了研究。1989年范立礎(chǔ)、袁萬城等人提出弧形鋼板條和滑板支座組合使用的減隔震體系。1995年又嘗試將橡膠支座和金屬阻尼器結(jié)合為一體,用弧形鋼板包裹板式橡膠支座研制成減震橡膠支座。這些新型的減隔震體系將橡膠支座的較低的水平剛度和弧形鋼板的滯回阻尼特性結(jié)合在一起。有限元算例分析表明該支座對(duì)梁式橋的地震力和位移反應(yīng)都有較好的減隔震效果。但是這類支座都是在板式橡膠支座的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的,豎向承載力不高,限制了其在大跨度橋梁中的應(yīng)用。為了適應(yīng)大跨度橋梁支座反力較大的要求,需要發(fā)展滑動(dòng)隔震技術(shù)在新型減隔震裝置中的應(yīng)用。組合使用滑動(dòng)隔震技術(shù)和高阻尼橡膠粘彈性耗能機(jī)制的功能分離式支座受到了國內(nèi)學(xué)者的關(guān)注。這類支座采用聚四氟乙烯滑板作為承重板,采用高阻尼橡膠緩沖塊進(jìn)行滯回耗能和提供回復(fù)力。國內(nèi)薛曉鋒等人通過剪切試驗(yàn)研究了高阻尼橡膠特征參數(shù)與激勵(lì)頻率、剪應(yīng)變幅值、粘彈性層厚度、剪切面形狀的關(guān)系,對(duì)高阻尼橡膠阻尼器的等價(jià)剛度和等價(jià)阻尼比公式進(jìn)行了驗(yàn)證,并且通過算例分析了這種支座的減隔震效果。商耀兆等人改進(jìn)了功能減隔震支座,通過折形連桿將梁體和高彈性阻尼橡膠連接在一起。梁體由聚四氟乙烯滑板支座支撐,高彈性阻尼橡膠體由擋板固定。折形連桿保證了正常使用狀態(tài)下支座的自由變位,而在地震作用時(shí)又將高彈性阻尼橡膠塊和主梁連接在一起,使高彈性阻尼橡膠塊在支座發(fā)生大變形時(shí)提供恢復(fù)剛度和阻尼耗能機(jī)制。功能分離式隔震支座將具有隔震功能和減震功能的元件分離開來,使裝置的參數(shù)設(shè)計(jì)具有更大自由范圍。該類支座具有較大的承重能力和變形能力,在大中跨徑的橋梁減隔震設(shè)計(jì)中有廣泛的應(yīng)用前景。摩擦擺式隔震支座(FPS)在大跨度連續(xù)梁橋中的成功運(yùn)用,使得這種技術(shù)得到了更多的研究。一種在FPS支座的抗震機(jī)理上開發(fā)出來的新型支座———雙曲面球型減隔震支座(Doubleconcavefrictionpendulumbearing)受到了很多學(xué)者的關(guān)注。這種支座最先在日本的得到了使用,美國、臺(tái)灣地區(qū)、韓國的學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了深入研究。國內(nèi)同濟(jì)大學(xué)李建中、彭天波等也對(duì)這種支座進(jìn)行了開發(fā)和研究。該支座上下兩個(gè)滑動(dòng)面均為凹球面,有各自的滑動(dòng)半徑和摩擦系數(shù)設(shè)計(jì)值,所以有更多的設(shè)計(jì)參數(shù)可供結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化設(shè)計(jì)使用,而且這種構(gòu)造措施使支座具有了更大的側(cè)向變形能力。通過支座的摩擦系數(shù)測定試驗(yàn)、側(cè)向滯回性能試驗(yàn)和回復(fù)力試驗(yàn)表明該支座摩擦系數(shù)穩(wěn)定、減隔震性能良好、具有一定的位移恢復(fù)能力。該類支座的滑動(dòng)面為球面,在出現(xiàn)水平位移的同時(shí)會(huì)有一定的豎向位移,彭天波通過分析表明該位移對(duì)梁體的受力影響不大。目前,雙曲面球型減隔震支座在國內(nèi)大跨度連續(xù)梁橋減隔震設(shè)計(jì)中開始得到了應(yīng)用,已建成的蘇通長江大橋引橋和在建的福廈鐵路烏龍江特大橋中都使用了這種支座。為了提供附加阻尼來控制橋梁的地震響應(yīng),學(xué)者們也開展了一些新型的阻尼器研究。粘彈性阻尼器由于隨溫度變化其耗能減震效果不穩(wěn)定,所以一般只在房屋建筑結(jié)構(gòu)的耗能減震控制中使用。劉保東等人考慮將一種新型的粘彈性阻尼器用于橋梁的減隔震設(shè)計(jì)中。該阻尼器采用兩種適用于不同環(huán)境溫度區(qū)間的粘彈性阻尼材料串聯(lián)而成,用來克服粘彈性材料阻尼特性的溫度敏感性缺點(diǎn),以適應(yīng)橋梁所處的復(fù)雜溫度環(huán)境。為了控制隔震結(jié)構(gòu)的震后殘余位移,具有超彈性特性的新材料———形狀記憶合金(ShapeMemoryAlloys)受到了土木工程領(lǐng)域的關(guān)注。這種合金具有較強(qiáng)的非線性變形恢復(fù)能力,有些學(xué)者嘗試在減隔震支座中使用形狀記憶合金,以期望這種支座既能有效限制墩梁相對(duì)位移又能在震后恢復(fù)的原來的形狀,并在這方面進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究?？偨Y(jié)現(xiàn)有的橋梁減隔震裝置,可以發(fā)現(xiàn)大部分減隔震系統(tǒng)可以分成隔震支座和附屬裝置兩種部分,隔震支座應(yīng)該具有較大的豎向剛度來支撐結(jié)構(gòu)的重量和較大的水平變形能力來適應(yīng)結(jié)構(gòu)的變形。附屬裝置可以提供附加阻尼耗能功能、正常使用狀態(tài)下主梁的限位功能、震后的支座自動(dòng)復(fù)位功能等。最常用的隔震支座有橡膠類支座和滑動(dòng)類支座,滑動(dòng)類支座由于具有較大的豎向承載力在大跨度連續(xù)梁橋中有著更廣闊的發(fā)展前景。附屬裝置可以分為:線性裝置,使用具有粘彈性特性的聚合物來耗能或者提高自恢復(fù)能力;粘性裝置,用高粘滯阻尼器獲得較高的能量耗散能力;非線性裝置,利用金屬或者摩擦裝置的非線性特性來耗能。不同的附屬裝置可以滿足不同情況下隔震結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制的一些特殊要求。合理的減隔震設(shè)計(jì)方案制定和新型的減隔震裝置的開發(fā)都可以隔震支座和附屬裝置兩方面進(jìn)行考慮。3橋梁減隔震設(shè)計(jì)方法地震作用下隔震結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)與結(jié)構(gòu)的性能狀態(tài)密切相關(guān),所以很多學(xué)者選擇將結(jié)構(gòu)位移作為橋梁減隔震設(shè)計(jì)的控制參數(shù)。ManuelJara和JoanR.Casasb對(duì)具有雙折線力學(xué)特性隔震支座提出了基于位移的橋梁隔震設(shè)計(jì)方法和流程。該設(shè)計(jì)方法認(rèn)為結(jié)構(gòu)的損傷和材料的應(yīng)變直接相關(guān),可以通過支座材料的應(yīng)變和結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)變來定義結(jié)構(gòu)的性能狀態(tài)。根據(jù)支座材料的允許應(yīng)變定義支座的目標(biāo)位移,根據(jù)橋墩的材料允許應(yīng)變定義出橋墩的目標(biāo)位移。支座的目標(biāo)位移、橋墩的目標(biāo)位移和基礎(chǔ)的彈性位移組成了隔震系統(tǒng)的最大位移。以該位移為控制目標(biāo)通過調(diào)整支座參數(shù)和橋墩的截面尺寸、配筋率等使隔震橋梁滿足性能要求。D.Cardone和M.Dolce等對(duì)連續(xù)梁橋和多跨簡支梁橋基于位移的橋梁減隔震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了詳細(xì)的探討,其內(nèi)容不僅包括了新橋設(shè)計(jì)也包括了減隔震技術(shù)在舊橋加固中的應(yīng)用。設(shè)計(jì)方法中考慮到的減隔震裝置包括了普通板式橡膠支座(LDRB)、高阻尼橡膠支座(HDRB)、鉛芯橡膠支座(LRB)、純滑動(dòng)摩擦支座(FSB)、摩擦擺式支座(FPS)及這些支座與粘滯阻尼器(VD)、金屬屈服阻尼器(SYD)、記憶合金(SMA)等減震裝置的組合使用。對(duì)不同的減隔震裝置分別選用粘彈性模型(Visco-Elastic)、考慮硬化的彈塑性模型(Elasto-Plasticwithhardening)、考慮硬化的剛塑性模型(Rigid-Plasticwithhardening)、雙旗形模型(Double-Flag-shaped)和線性及強(qiáng)非線性粘滯阻尼模型(Linearandstronglynonlinearviscousmodels)來表征其力學(xué)特征。分析方法仍然采用等效線性化的單自由度體系。用于設(shè)計(jì)的位移反應(yīng)譜中給出了各種支座的可用阻尼范圍和隔震體系可用周期范圍,該位移反應(yīng)譜中還給出了由橋墩截面尺寸和配筋率確定的橋墩墩頂位移-加速度關(guān)系。隔震橋梁的設(shè)計(jì)就是通過該位移譜表進(jìn)行目標(biāo)位移的確定、隔震裝置的比選和參數(shù)調(diào)整、橋墩配筋率的設(shè)計(jì)等。相比于以結(jié)構(gòu)的特定參數(shù)來描述結(jié)構(gòu)的抗震性能,從能量的觀點(diǎn)能更好地認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)在強(qiáng)地震作用下非線性響應(yīng)與地震動(dòng)要素之間的關(guān)系。有些學(xué)者嘗試將基于能量的抗震設(shè)計(jì)方法引入到橋梁減隔震設(shè)計(jì)中。楊風(fēng)利在博士論文中探討了基于能量的橋梁隔震設(shè)計(jì)方法。楊風(fēng)利采用雙自由度模型分析了地震動(dòng)峰值加速度、支座剛度硬化比、系統(tǒng)等效阻尼比、支座位移延性比、隔震周期等因素對(duì)橋梁系統(tǒng)能量反應(yīng)的影響,并確定采用隔震支座位移延性比、隔震周期和地震動(dòng)峰值加速度為參數(shù)來繪制地震輸入能量譜。然后根據(jù)場地條件選用地震波,對(duì)隔震系統(tǒng)進(jìn)行非線性能量反應(yīng)分析,得到了適用于各類場地的設(shè)計(jì)地震輸入能量譜,提出了以隔震度為目標(biāo)的橋梁減隔震設(shè)計(jì)方法和流程圖。減隔震裝置非線性力學(xué)特征往往會(huì)增加結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的復(fù)雜程度,這也給橋梁減隔震設(shè)計(jì)和分析帶來了更多的困難。在橋梁減隔震設(shè)計(jì)方法中一般采用等效線性化辦法將隔震橋梁簡化為單自由度體系進(jìn)行地震響應(yīng)分析,然后根據(jù)分析結(jié)果來進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)的選取和調(diào)整。隔震橋梁簡化分析模型中最重要的參數(shù)是結(jié)構(gòu)的等效阻尼比、等效周期和等效剛度。其中等效阻尼比表征著隔震支座的耗能能力,直接影響著等效線性化模型的分析精度,是簡化模型中的關(guān)鍵參數(shù)。J.S.Hwang和K.C.Chang等采用雙自由度模型研究了隔震橋梁的各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)綜合阻尼比的影響。J.S.Hwang和K.C.Chang通過對(duì)簡化的雙自由度隔震橋梁模型進(jìn)行分析,認(rèn)為采用經(jīng)典阻尼理論和非經(jīng)典阻尼理論計(jì)算出來的隔震系統(tǒng)的綜合阻尼比幾乎相同,規(guī)則隔震橋梁的綜合阻尼比可以采用經(jīng)典阻尼理論進(jìn)行分析;隔震支座的等效阻尼比和橋墩的粘滯阻尼比對(duì)系統(tǒng)的綜合阻尼比都有貢獻(xiàn);系統(tǒng)綜合阻尼比受隔震支座等效剛度和橋墩側(cè)推剛度比值的影響很大,當(dāng)橋墩側(cè)向剛度遠(yuǎn)大于隔震支座剛度時(shí),系統(tǒng)綜合阻尼比與隔震支座的等效阻尼比趨于相等,隨著剛度比值增大,系統(tǒng)綜合阻尼比明顯降低;系統(tǒng)綜合阻尼比受隔震支座等效阻尼比與橋墩粘滯阻尼比的比值影響不大,與上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)質(zhì)量比的關(guān)系也不明顯。所以簡化模型中系統(tǒng)綜合阻尼比公式應(yīng)該考慮支座等效剛度與橋墩剛度比值的影響。ManuelJara和JoanR.Casasb認(rèn)為隔震支座的等效阻尼比應(yīng)能使隔震支座的等效線性化分析模型與非線性分析模型的地震位移響應(yīng)分析結(jié)果一致。隔震支座的等效阻尼比表征著支座的耗能能力,等效阻尼比的公式應(yīng)該反應(yīng)隔震結(jié)構(gòu)的能量耗散機(jī)制,而現(xiàn)行各抗震規(guī)范中隔震支座等效阻尼比隨延性比的變化趨勢與支座滯回耗能的變化趨勢并不相同。ManuelJara和JoanR.Casasb選用一組地震波繪制了隔震支座的彈性位移反應(yīng)譜和彈塑性位移反應(yīng)譜,然后根據(jù)等效線性化體系與彈塑性體系位移相等的原則獲得了各個(gè)延性系數(shù)下的等效阻尼比,采用自然對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系表征等效阻尼比隨著延性系數(shù)變化趨勢,并且以此公式作為隔震支座在不同位移水平下的等效阻尼比公式。隨著對(duì)橋梁抗震機(jī)理認(rèn)識(shí)的深化和結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)模擬技術(shù)的發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)震害現(xiàn)象不僅與震級(jí)有關(guān),還受到了結(jié)構(gòu)多向運(yùn)動(dòng)耦合作用、地震動(dòng)多向激勵(lì)、近場地震速度脈沖等復(fù)雜因素的影響。為了在隔震橋梁設(shè)計(jì)時(shí)考慮到這些不利因素的影響,一些學(xué)者嘗試對(duì)現(xiàn)有的簡化分析方法進(jìn)行改進(jìn)。GordonP.Warn和AndrewS.Whittaker為了研究AASHTO橋梁隔震規(guī)范中隔震支座位移簡化公式的精度,在不同場地地震波和不同支座力學(xué)特性下比較了非線性時(shí)程分析結(jié)果和規(guī)范公式計(jì)算結(jié)果,發(fā)現(xiàn)如果考慮到隔震支座雙向運(yùn)動(dòng)耦合作用和雙向地震動(dòng)激勵(lì)的影響,規(guī)范公式會(huì)嚴(yán)重低估隔震器的位移。GordonP.Warn和AndrewS.Whittaker建議在原規(guī)范公式的基礎(chǔ)上乘以了兩個(gè)系數(shù)分別考慮隔震支座雙向運(yùn)動(dòng)耦合作用和雙向地震動(dòng)激勵(lì)對(duì)隔震器位移的放大作用。MuratDicleli和SrikanthBuddaram對(duì)隔震橋梁在近場地震作用下等效線性化分析的有效性進(jìn)行了評(píng)估。通過對(duì)比近場地震作用下隔震橋梁等效線性化分析結(jié)果和非線性動(dòng)力時(shí)程分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),等效線性化分析結(jié)果精度與近場地震包含速度脈沖的數(shù)量關(guān)系不大,但是受到了地震動(dòng)的震級(jí)、結(jié)構(gòu)與斷層的距離、隔震支座的屈服后剛度和特征強(qiáng)度的影響,等效線性化分析對(duì)較近的斷層距離、較低的隔震支座屈服后剛度和特征強(qiáng)度具有更高的精度。AASHTO規(guī)范中隔震支座的等效阻尼比方程忽略了這些因素。為了提高近場地震作用下隔震橋梁等效線性化分析的精度,應(yīng)該對(duì)隔震支座的等效阻尼比方程進(jìn)行改進(jìn)。MuratDicleli和SrikanthBuddaram采用了兩個(gè)近場地震系數(shù)NF1(Near-fault-factor-1)和NF2(Near-fault-factor-2)來考慮近場地震包含的速度脈沖、地震動(dòng)加速度峰值、隔震器力學(xué)特征等因素對(duì)系統(tǒng)等效阻尼比的影響。4fps無檢測隔震橋梁等效線性化分析方法簡化了初步設(shè)計(jì)時(shí)的分析計(jì)算,但是等效線性化的方法僅能近似獲得隔震橋梁的位移峰值響應(yīng),其計(jì)算結(jié)果的穩(wěn)定性和精度都不高。所以在完成了初步設(shè)計(jì)后要想獲得隔震橋梁在地震作用下更精確更詳細(xì)的響應(yīng)過程應(yīng)該進(jìn)行三維的非線性動(dòng)力時(shí)程分析。隔震橋梁非線性動(dòng)力分析的困難在于隔震裝置非線性力學(xué)特征的模擬。MiratEroz和ReginaldDesRoches基于Opensees軟件開發(fā)了一個(gè)3維的非線性FPS單元來模擬摩擦擺式支座的各種非線性力學(xué)特征,研究了法向力(N)、摩擦系數(shù)(μ)、平面內(nèi)雙向滑動(dòng)耦合作用、P-Δ效應(yīng)等各種非線性因素對(duì)隔震橋梁地震響應(yīng)的影響。將忽略這些因素的分析結(jié)果與精確模型分析結(jié)果相比較發(fā)現(xiàn),結(jié)構(gòu)響應(yīng)過程中法向力和摩擦系數(shù)的波動(dòng)、FPS支座雙向滑動(dòng)耦合作用對(duì)隔震橋梁的地震響應(yīng)分析結(jié)果影響最大,忽略P-Δ作用對(duì)分析結(jié)果影響不大。豎向地震動(dòng)作用下會(huì)出現(xiàn)主梁的上舉和豎向撞擊作用,如果不考慮法向力的變化會(huì)嚴(yán)重低估支座受到的軸向荷載,進(jìn)而低估了支座傳遞的側(cè)向力和支座的最大位移;如果不考慮支座雙向滑動(dòng)耦合作用和摩擦系數(shù)的變化會(huì)低估了墩頂位移漂移率;如果不考慮地震時(shí)摩擦系數(shù)的變化,可能會(huì)高估或者低估支座位移響應(yīng),分析結(jié)果不穩(wěn)定。所以,如果在隔震橋梁非線性分析中采用普通的雙折線模型來模型FPS支座,可能會(huì)存在較大的分析誤差。EricAbrahamson和SteveMitchell等提出了基于ADINA程序開發(fā)的兩種隔震支座單元分別用來模擬鉛芯橡膠支座和摩擦擺式支座。鉛芯橡膠支座單元豎向采用了非線性彈簧模擬支座豎向受力特性,該彈簧力學(xué)模型的卸載路徑和加載路徑相同;支座水平向采用具有硬化特性的雙向彈簧控制,該彈簧的屈服面是圓形,可以模擬支座變形的雙向耦合作用,塑性變形增量由Prandl-Reuss流動(dòng)法則來控制。通過與SAP2000中采用3D-BASIS-ME單元計(jì)算的隔震結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)相對(duì)比證實(shí)了該單元的計(jì)算精度。摩擦擺式支座豎向受力特性通過定義一個(gè)罰函數(shù)來模擬,水平受力通過定義