6.3.3.1 新型钢阻尼支座介绍
1.新型钢阻尼支座实图
新型钢阻尼支座实物如图6.3-10所示，支座包括：上支座板、球冠衬板、中间座板、减震榫、内外榫连接板、超高分子量聚乙烯板、新型耐磨滑板、下支座板。其中：上支座板和球冠衬板、球冠衬板和中间座板间设置有不锈钢与超高分子量聚乙烯板形成的摩擦副；中间座板和下支座板间设置有不锈钢与新型耐磨滑板形成的高摩擦系数的摩擦副；减震榫组通过螺栓连接方式与中间座板和下支座板实现固定；通过悬空的内外榫连接板将内侧和外侧等强度的减震榫组串联为整体。
图6.3-10 钢阻尼支座实物模型
2.新型钢阻尼支座设计参数
支座设计见图6.3-11。其附加技术特征为：减震榫组和中间座板下的摩擦副共同提供支座的阻尼耗能；内、外侧榫组采用串联式连接方式，在满足地震阻尼力的条件下实现了更大的变形能力；悬空的内外榫连接板释放减震榫几何非线性变形引起的轴向变形；内侧和外侧榫组通过高强螺栓与中间座板和下支座板连接，方便震后对阻尼耗能部件的更换。
图6.3-11 减隔震支座（钢阻尼支座）设计尺寸（单位：mm）
减震榫采用屈强比、延性和韧性等性能优异的圆钢棒材按照等强度理论设计，采用数控机床精密加工而成。内外减震榫组采用同规格尺寸，不仅保证了两组榫的受力与变形一致，同时降低了生产加工难度。支座结构设计紧凑，性能稳定。
6.3.3.2 测试方案
1.新型钢阻尼支座的安装
原型桥梁支座采用PZ-5000型，适用于地震动峰值加速度0.1g≤Ag≤0.2g地区。具体原型支座布置方式见图6.3-12。在试验工点中选择1组两跨桥梁，采用该新型钢阻尼支座，建立两跨大比例桥梁减隔震试验模型，进行相应的模型振动台试验。
图6.3-12 支座原型总体布置（单位：mm）
图6.3-13 钢阻尼支座模型布置
在试验部分中，均用新型钢阻尼支座替换原有的固定和单向/双向活动支座进行放置，见图6.3-13，在桥墩墩顶设置固定钢板和螺栓孔，钢阻尼支座固结在钢板上。在一个工况下，所需要的钢阻尼支座模型数量为：
2个边墩×1个支座＋1个中墩×2个支座＝4个支座，另外多准备一组支座（4个支座）作为备用支座。因此，在整个试验阶段，总共需要8个钢阻尼支座模型。
新型钢阻尼支座安装如图6.3-14所示。
图6.3-14 钢阻尼支座安装
2.地震激励方案
根据抗震设防及场地要求，以下地震记录可供选择，作为振动台台面激励：(www.xing528.com)
地震波幅值按加速度峰值0.3g、0.367 5g、0.57g、0.735g四个水准考虑，地震波选取2条地震安评波和4条实测波。实测地震波选取汶川波、Northridge波、美国因皮里尔河谷地震波、日本新潟县地震波。对2条安评波（安评波-1、安评波-2）、美国因皮里尔河谷地震波、日本新潟县地震波按照缩尺理论对应7度、8度地震烈度进行处理，分别调整加速度峰值为0.367 5g、0.735g。另外，为得到较大的位移地震响应，对部分地震波作如下处理：
（1）将Northridge波、日本新潟县地震波、汶川波加速度峰值调整为0.3g，持时不压缩；
（2）将Northridge波、日本新潟县地震波加速度峰值调整为0.57g，持时不压缩；
（3）将“安评波-1”加速度峰值调整为0.735g，持时不压缩。
选取地震波的加载方向有：顺桥向、横桥向、顺桥向＋横桥向。
6.3.3.3 试验结果与分析
通过研究新型钢阻尼减隔震支座在地震作用下的减隔震性能及不同设计参数下的减隔震效果，对试验模型采用新型钢阻尼支座与普通支座时的结构地震响应及关键测点数据进行对比分析可知：
（1）在地震波激励下，模型采用钢阻尼支座后结构的地震响应发生了变化，墩底应变、墩顶加速度、梁端加速度时程响应值和峰值等都大大减小，说明采用钢阻尼支座时能有效降低桥梁结构的地震反应。
（2）新型钢阻尼支座相对普通支座具有明显的减隔震效果，钢阻尼支座对顺桥向的减隔震效果总体优于横桥向减隔震效果。对于10 m墩高振动台模型：
①7度地震作用下，纵桥向平均减隔震率为42%，横桥向平均减隔震率为31%；
②8度地震作用下，纵桥向平均减隔震率为56%，横桥向平均减隔震率为39%；
③PGA＝0.3g（持时不压缩）地震作用下，纵桥向平均减隔震率为68%，横桥向平均减隔震率为54%；
④PGA＝0.57g（持时不压缩）地震作用下，纵桥向平均减隔震率为77%；
⑤PGA＝0.735g（持时不压缩）地震作用下，纵桥向平均减隔震率为83%。
（3）随着地震强度的增大，新型钢阻尼支座对结构的减隔震效果增强。这是由于地震波的强度增大时，钢阻尼支座中减震榫的高性能钢处于屈服状态的比例增加，导致结构内力峰值响应的增大并不与地震强度的增大成正比例，而是要小一些，所以结构的减震率增加。故钢阻尼支座在地震强度大时，具有更好的减隔震效果。
（4）钢阻尼支座对地震波的频率比较敏感，对不同频率段地震波的减隔震效果差别很大。这是由于结构采用钢阻尼支座减震后，其固有周期变长，但其避开输入各地震波的主要频率成分的远近程度不同所致。
6.3.3.4 有限元计算模拟验证与分析
通过有限元软件ABAQUS建立了新型钢阻尼支座及全桥的有限元模型，进行了静力分析和地震作用下的非线性动力时程分析。将有限元模型计算结果与试验结果进行对比，有限元模型计算结果与试验结果基本吻合，验证了有限元模型的正确性。并研究了不同设计参数下钢阻尼支座对桥梁结构的减隔震效果，得到结论如下：
（1）减震榫半径整体缩小时，支座本身的耗能能力减小，地震作用下钢阻尼支座的减隔震率相比原支座的减隔震率增大。当减震榫半径整体减小2 mm时，在PGA＝0.3g（持时不压缩）横桥向地震作用下支座位移超过了限制位移，所以减震榫半径不应过小；减震榫半径整体增大时，支座本身的耗能能力增强，地震作用下钢阻尼支座的减隔震率相比原支座的减隔震率减小，所以减震榫半径也不应过大。
（2）减震榫材料的屈服强度减小，支座本身的耗能能力减小，地震作用下钢阻尼支座的减隔震率高于原支座的减隔震率。在计算过程中发现，当屈服强度减小时，梁体的位移响应较大，这是因为当减震榫的屈服强度较小时，支座的有效阻尼小，梁体的位移得不到控制。故减震榫屈服强度不应过小，保证钢阻尼支座有足够的阻尼来控制梁体位移；减震榫材料的屈服强度增大，支座本身的耗能能力增强，地震作用下钢阻尼支座的减隔震率低于原支座的减隔震率。所以，在确定减震榫最优屈服刚度时应该综合考虑其对桥梁内力和梁体位移不同的影响规律。
（3）减小钢阻尼支座中间座板和下支座板间摩擦系数后支座本身的耗能能力降低，地震作用下支座的减隔震率均高于原支座的减隔震率。建议在实际使用过程中，中间座板和下支座板间涂置硅脂润滑，降低摩擦系数，提高钢阻尼支座的减隔震效果。
（4）当改变钢阻尼支座内部减震榫连接方式，将内侧减震榫连接在外侧时，钢阻尼支座的减隔震率在同等烈度下基本与原支座相差不大，减隔震效果相当。但将内侧减震榫连接在外侧时，受限于支座内部尺寸，钢阻尼支座的顺桥向限制位移由“±120 mm”变为“±70 mm”，钢阻尼支座的适用范围缩小。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
