摘 要：以一座130m简支梁拱组合桥为例，采用ANSYS软件对非隔震设计的盆式橡胶支座和减隔震设计的铅芯橡胶支座进行对比分析，比较2种支座设计下结构的动力特性和抗震效果。
关键词：铅芯橡胶支座；简支梁拱组合桥；减隔震；ANSYS
引言
随着国家日益繁荣，大跨度桥梁在建和已建项目日益增多。其中拱桥由于其独特的结构形式有利于大跨度桥梁的受力特点，而且外形美观、造价低、施工方便等突出的优点，因此在我国的桥梁建设中应用的十分广泛，其在地震作用下的响应也受到越来越多的关注。对于地震作用，传统的桥梁结构设计采用的对策是通过增强结构自身抗力和延性来抵抗地震作用，但拱桥被认为是抗震性能相对很差的桥型，其轴压比通常较大，导致延性较低，难于设计成延性抗震结构来吸收地震能量；而要靠自身抗力来抵抗地震作用又非常困难，要付出很大的代价，是一个不科学不经济的办法。因此，减隔震设计是一个非常好的方法。
1 工程概括及有限元模型
南河特大桥位于国道主干线南京至杭州高速公路上，主桥为下承式无推力简支梁拱组合桥，采用刚性系杆刚性拱结构，孔径为129.88m，分为左右两幅。采用有限元分析软件ANSYS建立全桥空间有限元模型，拱肋、桥墩、系梁和横梁均采用空间梁单元模拟，桥面系采用空间壳单元模拟，吊杆采用空间索单元模拟，桥面铺装和二期横载作为壳单元的附加质量，铅芯橡胶支座和盆式橡胶支座均采用非线性弹簧单元模拟。有限元模型如图1所示。
2 时程分析法
时程分析方法主要优点是概念明确，能反映地震三要素，同时还可以处理线性、非线性问题，可以分析一致激励、多点非一致激烈等情况。求解的方法可以分为两类：振型叠加法和直接积分法。振型叠加法是采用振型的正交性质，对原方程进行方程形式的变化，对变化后的方程进行数值求解，求解以后再通过振型坐标变换公式叠加在一起，得原方程的解。直接积分法是指对运动方程不进行方程形式的变换而直接进行逐步数值积分。由于隔震模型的刚度矩阵为变刚度矩阵，所以本文采用直接积分法进行地震响应计算。通常的直接积分法是基于两个概念，一是将时间域进行离散，离散后的方程近似等于原方程；二是在Δt区域内，假设位移，速度和加速度的函数形式。
2.1 2种支座模型
为进行对比研究，分析计算包括盆式橡胶支座非隔震桥梁地震动力时程分析和铅芯橡胶支座隔震桥梁地震动力时程分析。2种模型支座参数如下：
（1）模型1：盆式橡胶支座。对于活动盆式橡胶支座用COMBIN
40单元模拟，COMBIN40单元的实常数采用《细则》规定计算，则K1=2×108N/m，FSLIDE=400kN，K2=0。
（2）模型2：铅芯橡胶支座。对于铅芯橡胶支座选用了某厂家的CLRB1350铅芯橡胶支座，参数如下：屈服后刚度为5×106N/m，屈服力为400kN，等效刚度为6.6×106N/m，取屈服前刚度为屈服后刚度的10倍。COMBIN40单元的实参数为K1=4.5×107N/m，FSLDE=400kN，K2=5×106N/m。
2.2 地震动输入
根据南河特大桥的桥位地质条件和该区地震烈度查询《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）和《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015），可得该桥特征周期Tg为0.40s，属于Ⅱ类场地，抗震设防烈度为7度，E1抗震重要性系数取值为0.5，E2抗震重要性系数为1.7，场地系数取值为1.0，水平向设计基本地震动加速度峰值取值为0.2g。现只对南河特大桥进行E1水准作用下的时程分析，荷载组合为顺桥向+横桥向+0.3倍顺桥向。地震波选取如图2进行时程分析。
2.3 2种模型动力特性比较
分别采用ANSYS软件计算非隔震模型和隔震模型的固有频率和振型，2种模型前10阶的计算结果可以看出：模型2较模型1延长了结构的周期，且符合减隔震设计桥梁固有周期比不采用减隔震装置时固有周期的两倍以上。
2.4 2种模型内力响应、位移响应比较
由表1和表2可以看出，隔震模型的桥墩内力响应比非隔震模型小，铅芯橡胶支座具有明显的减震效果，顺桥向剪力最大减震率达到了44.9%，横桥向剪力最大减震率达到了36.3%，顺桥向弯矩最大减震率达到了27.6%，横桥向弯矩最大减震率达到了40.6%。设计中采用铅芯橡胶支座可以大幅度減小墩底剪力和弯矩。
3 结束语
铅芯橡胶支座降低了结构的低阶频率，约45%，但是越高阶的频率影响越小。设计的铅芯橡胶支座具有明显的减震效果，可以大幅度减小各墩墩底剪力及墩底弯矩。
参考文献
[1]JTG/T B02-01-2008.公路桥梁抗震设计细则[S].中华人民共和国交通运输部标准，2008.
[2]范立础，王志强.桥梁减隔震设计[M].北京：人民交通出版社，2001.
作者简介：郑贵元（1990-），男，汉族，重庆市渝中区人，硕士研究生，研究方向：主要从事桥梁结构动力、稳定性及空间非线性分析方面的工作。
