0 引言

当发生地震时，桥梁主体结构发生破损的现象屡见不鲜，如墩柱底开裂、桥墩联梁开裂、墩底混凝土破碎露筋等震害现象，而桥梁作为交通线上的重要枢纽，它的完好程度决定着震后救援人员能否及时奔赴救灾现场。因此，在桥梁结构设计当中，采用高效、合理的抗震设计是地震中的安全保障[1-2]，近年来，防屈曲耗能支撑装置作为一种耗能减震装置被广泛应用于建筑领域，但在桥梁结构上的应用较少，以某连续梁桥为例，主要分析地震作用下，防屈曲耗能支撑装置安装于桥梁时的减震效果。

图1 三重方钢管防屈曲耗能支撑

1 工程概况

上部结构选用跨径布置为32m+40m+32m的3跨混凝土等截面连续箱梁，单箱2室， C50混凝土浇筑。箱梁顶宽9m，箱梁底宽6.58m，两侧悬臂翼缘板宽0.826m，翼缘板根部厚度为0.33m，梁高1.48m。腹板采用斜腹板形式，其厚度由45cm渐变至65cm； 箱梁顶板厚度采用25cm，底板厚度采用22cm；下部结构采用圆柱形双柱式桥墩，采用C40混凝土浇筑，直径1.3m，高10m。

图2 截面示意图

2 模型建立及地震响应分析

2.1模型建立

采用Midas进行全桥的有限元建模，防屈曲耗能支撑装置采用滞后系统进行模拟，材料具体参数参照防屈曲耗能支撑设计手册，分析在El Centro Site地震波作用下，安装防屈曲耗能支撑装置前后连续梁桥固定墩墩底弯矩、固定墩联梁剪力、固定墩墩底剪力、梁体纵向位移、梁体最大轴力、梁体最大弯矩等关键部位的响应情况，同时分析可能影响装置减震效果的其他因素，具体安装布置图及动力计算模型如图3、图4所示。

图3 支撑布置示意图

图4 桥梁有限元模型

2.2装置安装前后地震响应分析

为对比防屈曲耗能支撑的减震效果，本小节采用长度为1m，有效截面面积1405mm2的防屈曲耗能支撑装置，支撑角度为45°进行减震效果分析，连续梁桥加防屈曲耗能支撑前后，在El Centro Site地震波作用下关键部位的内力以及位移如表1所示。

表1 桥梁关键部位最大响应值对比内力及位移不加支撑加支撑减震率固定墩墩底弯矩(kN·m)3.1%固定墩联梁剪力(kN).338.7%固定墩墩底剪力(kN).339.0%梁体纵向位移(m)0..0.3%梁体最大轴力(kN)2097..0128.8%梁体最大弯矩(kN·m)..491.3%

从表1中可以看出，在地震作用下，设置防屈曲耗能支撑装置的连续梁桥关键部位的地震响应都有明显的降低，如加防屈曲耗能支撑比不加防屈曲耗能支撑的桥梁固定墩墩底弯矩降低43.1%，固定桥墩联梁的剪力以及墩底剪力分别减小了38.7%和39%，梁体的纵向位移最大降低了45.3%，梁体所受的最大轴力也有所降低，梁体的弯矩降低程度不大，这说明防屈曲耗能支撑装置拥有良好的耗散地震能量的性能，减小桥梁在地震作用下的响应，可以作为桥梁减震设计中的一种方法。

2.3影响减震效果其他因素分析

通过上节的分析防屈曲耗能支撑装置具有较好的耗散地震能量的效果，但影响减震效果的其他因素还需进一步分析。本节主要从不同支撑角度、不同有效截面面积以及不同支撑长度等方面进行分析，主要研究在0°、15°、30°、45°、60°五种支撑角度下、有效截面面积为1405mm2、1875mm2、2350mm2、2810mm2、3310mm2以及支撑长度分别为1m、2m、3m、4m的防屈曲耗能支撑对连续梁桥减震效果的影响。

2.3.1不同支撑角度的地震响应分析

采用支撑长度为1m，有效截面面积为1405mm2的防屈曲耗能支撑装置，在不同支撑角度，El Centro Site地震波激励下桥梁主体结构关键部位的响应情况如表2所示。

表2 桥梁关键部位不同支撑角度最大响应值对比内力及位移0°15°30°60°固定墩墩底弯矩(kN·m)固定墩联梁剪力(kN) 3.8841.2固定墩墩底剪力(kN)7.3841.6梁体纵向位移(m)梁体最大轴力(kN)1710....46梁体最大弯矩(kN·m)....68

从表2中可以看出，在五种支撑角度下，加入防屈曲耗能支撑的连续梁桥关键部位的响应值都有所降低，这表明在不同的支撑角度下防屈曲耗能支撑都具有很好的耗散地震能量的性能，但最终的各项减震率并不相同，随着支撑角度的增加，El Centro Site地震作用下固定墩墩身内力，梁体内力及位移的削减程度呈递增趋势，如固定墩墩底弯矩减震率由21.7%增加到47.5%， 45°支撑对墩身的减震效果虽不如60°支撑，但是两者的减震效果相差不大，并没有支撑角度由0°变为45°时减震率增幅程度显著，如固定墩墩底弯矩、梁体纵向位移的减震率增值都只有2%左右，同时在支撑角度由45°变为60°时，发现梁体的最大轴力减震率降低，因此支撑角度为45°时，桥梁的内力以及位移得到了大幅度的削减。