淺析板式橡膠支座地震的易損性

石 鉑

(太原市政建設集團有限公司，山西太原 030002)

在橋梁建筑中上下部分的結構依靠板式橡膠支座連接，是防止建筑水平變形、承受上部結構的主要構件，是橋梁建筑的重要組成部分。因板式橡膠支座的成本不高、結構簡單，能夠將受力合理分散的優點，在橋梁建筑中具有非常大的使用價值，尤其在地震帶的橋梁構建中，可以有效的減少橋墩對受地震影響而產生震動的吸收，因此在橋梁避震設計方面也有著廣泛的應用。

近幾年在地震地區的橋梁調查研究表明，支座結構是地震中受力變形的主要部位，將直接導致墩臺之間的錯位和支座受到損壞?；诖祟惽闆r，本文通過分析橋梁工程的施工過程，分析了橡膠支座在受力變形和墩臺之間的應力關系，從易損性的角度來探討了橡膠支座的抗震能力，以期為同行提供些許經驗。

1 板式橡膠支座的應力特征

1.1 板式橡膠支座的的受力計算

板式橡膠支座是現今橋梁建筑行業內廣泛使用的制作，其具有安裝便捷、結構簡單等特點。其中GYZ的圓形板式橡膠支座，是使用橡膠和鋼板多層粘合、固化而形成的。在機械平面上具有優異的各向同行，尤其適合小跨徑的橋梁建筑工程;對于地震的抗震性，能夠有效的減少了震動對橋臺和橋墩的震動沖擊;剪切變形也是能夠滿足橋梁各個結構的相對位移，為上下構件之間提供良好的剪切變形［3］。

板式橡膠支座因其內部有鋼板能夠限制橡膠的橫向變形，所以支座的縱向剛度有了很大的提升，同時對于橡膠層的剪切變形剛度并不影響，在不考慮板式橡膠支座與墩梁之間的摩擦滑動時。按照《公路橋梁抗震設計細則》，剪力位移的受力可近似使用下列公式表達［5］:

其中，F為支座的剪切力;x為相對位移;K為剪切剛度。

1.2 橡膠支座損傷指標

橡膠支座因其層疊的結構，具有很好的韌性和柔軟度，能夠有效的保證橋梁構建的使用壽命，但超過一定范圍的剪力依舊會導致支座被損壞，支座能夠承受的剪力變形，應根據墩梁的相對位移數，與橡膠支座的累加層數之比，來確定最大的剪切變應。而橡膠支座的厚度，需根據我國的抗震規范［5］來確定不同震級下的厚度。根據國標建筑抗震設計規定，在不同的震級作用下，建筑應有不同的抗震性能。

其中，XE為支座在不同效應條件組合情況下的相對位移;tanλ為橡膠的剪切角的正切值，取值1。故在極端情況下，支座的最大相對位移與剪切變應，要與100%時支座相對位移之比相等。

2 支座易損曲線的推算

2.1 地震波模擬

在使用數理統計進行概率分析時，地震的三個重要相關參數為:峰值加速度、持續時間、頻譜特征，是保證分析過程準確的重要前提條件［1］。本文采用國家地震局發布的數據信息中，根據我國地震高發地區，選取100條分布盡量分散的地震波進行分析。

2.2 計算模型選擇

采用非線性分析法及SAP2000作為分析軟件，對橋梁及結構進行分析。在既往資料分析中可以發現，在實際地震中主梁基本能夠保持結構和功能的完好不被破壞，因此本文分析是采用彈性梁模擬進行［7］。

3 板式橡膠支座易損的探討

3.1 易損原理分析

建筑結構在地震中的易損性可以理解為，在受到地震影響時其結構發生損壞的發生概率，可以使用如下公式表達:

其中，IM為地震動參數(等于地震波的PGA與地震譜加速度SA的比值，即為PGA/SA);C為結構或者是構件的能力(Capacity);DI為結構或是構件的損傷計量，對應結構或構件需求(Damage Index，Demand)。橋梁建筑在施工的過程中，常常使用易損曲線來測算結構的抗震易損性。

3.2 易損原因分析

通過實際公式運算:

其中，Umax為外力震動下的容許最大相對位移;γα為容許的剪切應變，根據不同的內力組合形式選取相應的數值，正常情況下取值為70%，大地震時候取值250%，中小地震取值150%;∑t為橡膠支座的總厚度。在地震波加速度超過0.2g的時候，橋墩和支座的受損傷概率，與地震波的加速度SA呈現正相關的關系，隨著地震波速度的加快受損概率也隨之加大［6］。當支座比橋墩低小的時候，相對位移延性能力也較小;同時橋墩較柔軟的時候，在地震作用下柔性墩能夠吸收部分震動的能力，使得支座相抵位移減小，但完全剛性的橋臺，會直接導致相對位移的增大。因此，在不同強度的震動時，板式橡膠支座相較于橋墩的構件，受到損壞的概率更大。

4 我國現階段支座存在的問題分析

現階段，我國國內的橋梁支架技術發展已經趨于成熟，但依舊存在著諸多問題，詳列如下:

1)支座與上下構件的位置放置存在偏差，這一方面的問題包括了橫向與縱向位置放置顛倒、橫橋與順橋的位置不能夠相互完整對應，由此產生支架和墩臺之間的位置錯位而造成支架的損壞。2)鋼板未能進行防腐處理而造成損壞:橋梁支架的底座一般使用鋼板來維持固定，但鋼板暴露在空氣中時，容易受到雨水或是河水的腐蝕，沒有進行防腐處理的鋼板腐蝕速度尤其迅速。3)支座在施工的過程中，沒有嚴格控制墊石的標高，由此對于橋梁的負荷會有不同的影響，對于橋梁的使用年限及安全性都存在著不同程度的隱患［4］。其中主要包括有砂漿澆筑技術是否合格，是否能夠杜絕內部脫空、支座與上下構件之間的墊板和墊石的尺寸是否符合實際應用的情況，以及支座是否受力不夠均勻，甚至存在施工完成后可移動的情況。4)不同設計原理的橋梁，在選擇支架的時候要有所不同，應充分的考慮到橋梁的載重設計，嚴格按照設計圖紙上的設計施工，改用其他型號的支座時，要對整體橋梁的工程進行重新的評估。

5 橡膠支座易損優化策略

首先，在支座安裝施工前進行全體人員的培訓，要依照相關施工流程，做好施工的圖紙核對、施工方案的選定，減少不必要的流程，以便將誤差控制在可控的范圍內。對于技術工種的管理，應做到按規章流程進行施工，不可仰仗“經驗主義”，對于每一個施工環節都要做好認真和負責?？茖W的管理各個工種和崗位的人員安排。對于存在異議的施工技術，不應停留在討論上，更應落實到實際的測算和設計中，現場施工的操作人員更需要對每一個環節必須掌握，監理方嚴格按照標準履行自身的責任，沒有驗收通過前不能夠進入下一施工環節。

其次，對于圖紙的前期設計工作，要求設計人員嚴格按照國家和行業相關的法律法規進行設計，選用標號合適的鋼筋等原材料，對于建筑的抗震性和支架結構進行精準的測算。在設計開始階段，就要留存好與本次設計所有有關的文件、圖紙和法律法規文件，并進行編號統一管理。

最后，在檢查復核階段要對橋梁支架以及整體的情況進行檢查，核對是否按照設計圖紙進行了施工，是否沒有按照施工技術標準放置之間和相關構件。若是發現有不合格的支架，或是支架已經產生剪切變形、尺寸不符合實際的需求情況，要及時的更換以及加固。對于支架底部固定的鋼板，在不符合要求的時候也要進行更換，同時要對暴露的部分進行防銹的處理。

在以上方法不能夠達到預計的施工效果時，可以采用聚四氟乙烯滑板支架。在保證設計安全的前提下，對于能夠適度增加橋臺支架高度的設計，可以考慮使用聚四氟乙烯滑板支架，以便對應更大的相對位移，以保證支架的使用壽命和建筑構件之間的連接完整。通過對比普通橋臺支架和滑板支架之間易損性分析，聚四氟乙烯滑板支架的損傷概率有明顯的改善［8］。

值得特別注意的是，在地震波加速范圍在0.3～0.35之間時，橋臺支座會引起自身的環形結構受到有效的約束，僅造成一般程度的損壞，在橋臺支架沒有足夠的高度，是其受到損壞的重要因素。在保持相同的前提條件下，將橋臺支座的高度設計為橋墩支座的1倍～1.2倍時，通過復檢能夠明顯的改善橋臺支架的位移應變能力，提高支座對于地震的抗震性［6］。

6 結語

通過非線性的建模，以及概率分析法的分析，板式橡膠支座的受力得出以下結論:1)板式橡膠支架相較于橋墩更容易受到地震的影響，損壞的概率也隨之變大，在橋梁設計中特別是地震多發地區的設計，要引起相關的重視。2)橋臺支架在地震的作用下，相對位移較大對于橋梁建筑的安全性和使用年限都較大影響。提高支座的的高度或是改用聚四氟乙烯滑板支座，都是可以在一定程度改善抗震性，降低支座在地震的損壞概率。

本文分析了橋梁支座在施工過程中存在的一些問題，同時也提出相關的解決策略，支座的合理選擇嚴格施工，對于橋梁建筑的安全以及社會影響都有著重要而深遠的現實意義，對于小跨度的橋梁支座的安裝和維護也具有一定的參考價值和實際的借鑒意義。嚴格的施工、精準的設計、全面的后續養護，才能夠為橋梁建筑保證質量，現書寫成文以供同行借鑒使用。