1、引言
随着人口和财富向大城市的集中，强烈地震不仅会造成大量建筑物的损坏甚至倒塌，更会对油气管道、供水供电系统、市道路桥梁等城市生命线工程造成严重的威胁。桥梁作为生命线工程之一，它们是地面交通网上的重要连结工程，在地震灾害发生期间，桥梁的失效破坏不但会影响人们的正常生活和经济运行，造成重大的经济损失，而且将严重地影响震后的救灾工作，使人员不能安全顺利疏散，并阻碍向灾区紧急输送救援人员和救灾物资，从而加剧次生灾害。同时，遭受破坏的大型桥梁修复起来困难，严重影响交通运输的尽早恢复。全世界范围内，过去发生过许多桥梁由于地震而发生破坏的实例。由于桥梁的构造形式简单，它们在受到损伤时极其脆弱，甚至在地震力的作用下屈服而发生倒塌。大多数桥梁的基本振动周期在0.2至1秒内。在这个范围内，因为结构周期接近地震导致的地面运动卓越周期，结构响应最大。因此，如何建立一种安全经济可靠的抗震设计方法，从而可以有效抵御某种程度的不可预测的灾难性大地震，一直是工程抗震所亟待解决的关键问题。目前桥梁抗震设计方法正从传统的强度理论向延性抗震理论过渡。对于中小跨径的梁式桥，利用桥墩的延性性能是当前世界各主要多地震国家桥梁抗震设计中常采用的方法。桥墩延性减震是将桥墩某些部位设计得具有足够的延性，以便在强震作用下使这些部位形成稳定的塑性铰产生弹塑性变形来延长结构周期，耗散地震能量。我国目前的桥梁抗震设计仍属于一阶段设计方法，与美国、日本、新西兰抗震规范和新的欧洲抗震规范对桥梁在极限状态、延性设计、时程分析方面的设计思想和设计方法等方面有一定差距。自60年代以来，减、隔震方法引起了世界各国的广泛关注并且开始大量应用到实际建筑和桥梁结构中。桥梁结构使用减、隔震支座或其它装置，实际上是一种不同于传统的减震设计方法的减震消能设计方法。这种新方法有很多突出的优点，目前己进入实用阶段，并为欧洲和美国最新规范所采用[3][4]。
2、地震及桥梁震害
（1）地震地壳是由各种岩层构成的，大量事实说明，地壳在很长的地质年代中连续地变动着，广大地区或在上升、或在下沉、或在倾斜。在这种作用下原始水平状态的岩层发生形变；当作用力只能使岩层产生弯曲面没有丧失其连续完整性时，岩层只发生褶皱；但当岩层脆弱部分岩石强度承受不了强大的作用力时，岩层便产生了断裂和错动。在这种地壳岩层构造状态的改变过程中，地壳岩层处在复杂的地应力作用状态之下，随着地壳运动的不断变化，地应力的作用逐渐加强，构造变动也随之加剧，当地应力的作用超过某处岩层的强度极限而突然断裂或猛烈的错动时就会引起振动，它以弹性波的形式传到地面，地面也随之运动，这就是地震。地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播，即为地震波。根据发震地点距地面距离的不同可分为浅源地震(震源深度<70KM)和深源地震(震源深度>70KM)，对地面建筑和工程结构造成大的破坏的是浅源地震。
第二章 隔震桥分析模型 22-32
2.1 全桥有限元分析模型 22-24
2.2 非线性动力学运动方程的建立 24-25
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第三章 LRB 隔震系统求解法 32-42
3.1 非线性有限元方程的求解 32-34
3.2 RUNGE-KUTTA 法求解LRB 的非线性滞回向量 34-38
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第四章 典型隔震桥地震响应分析 42-73
4.1 计算参数 42-46
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4.2 地震响应影响因素 46-73
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五、总结与展望
为了分析铅芯橡胶支座连续梁桥的双向地震响应影响因素，本文给出了一系列的计算参数模型。其中，为了对比分析与非隔震桥的地震响应，本文建立了3个计算模型；为了与单向隔震桥地震响应的比较，本文建立了1个计算模型；为了研究墩高和截面尺寸对隔震效果的影响，本文对桥墩建立了9个计算模型；为了研究铅芯橡胶支座参数对隔震效果的影，本文对支座分别就不同的支座刚度建立了3个模型，对不同的硬化比建立了5个计算模型，对不同的屈服强度比建立了7个计算模型；为研究地震波对隔震效果的影响，本文对地震波建立了6个计算模型。不同的计算模型，输入不同的参数代入程序中计算分析，得出的结论主要有以下几点：
1、铅芯橡胶支座隔震装置是非常有效的减隔震方法，且比较容易实现。与普通刚性支座相比，铅芯橡胶支座既能降低强震作用下的梁体加速度（其中纵向减震率在90%以上，横向减震率也近90%），也能大大降低支座的相对位移（其中纵向减震率在73%，横向减震率达58%）和墩底内力（其中纵向减震率在94.2%，横向减震率达91.8%）。与普通橡胶支座相比，铅芯橡胶支座在增加墩底内力不多的情况下（一般增加大概在5%—10%左右），能大大的降低上部结构和墩顶的相对位移（一般能降低60%—80%）。由此可见，铅芯橡胶支座比普通橡胶支座更加适合应用于桥梁隔震。
2、考虑支座的双向耦合作用后，隔震桥的峰值响应与单向隔震桥的峰值响应存在一定的差异。这种差异又因所选择的地震激励不同而不同，对有些地震波，考虑支座恢复力双向耦合作用时的双向隔震桥的响应峰值与不考虑耦合作用时单向隔震桥的响应峰值相差较大；然而对有些地震波来说，考虑支座恢复力的双向耦合作用对隔震桥峰值位移的影响程度不大，几乎与单向隔震桥响应一样。本文给出了隔震桥在8组地震波作用下，考虑和不考虑支座耦合作用的支座峰值位移比的平均值。计算结果表明，不考虑耦合作用的支座纵向位移峰值大于考虑耦合作用的支座纵向位移峰值，而支座横向位移峰值小于考虑耦合作用的支座横向峰值位移。因此，在进行隔震桥梁设计时，应考虑支座的双向耦合作用，如果按不考虑支座的双向耦合作用计算出来的支座横向位移为设计标准是偏不安全的。
3、通过改变墩高和截面尺寸来改变墩的刚度，从而计算出来的隔震桥响应结果表明，桥墩刚度大小对隔震桥纵、横向的隔震效果影响存在较大差异。桥墩自身刚度的大小对隔震桥纵向隔震效果影响要大于横向隔震效果的影响。随着墩高的增加，横向减震率基本保持不变，而纵向隔震效果却明显降低。这是因为，墩高的增加，墩的纵向柔度增大，铅芯橡胶支座的作用在减弱，不利于桥梁纵向隔震；而桥梁横向的刚度本身远大于纵向的刚度，桥梁横向的刚度不会随着墩高的变化而有较大变化，所以墩高对桥梁横向的隔震效果影响不大。对改变桥墩截面尺寸的做法也存在同样的结论，即随着截面尺寸的增大，横向减震效果基本保持不变。而纵向响应随着截面尺寸的增大而减小，隔震效果增大，有利于桥梁隔震。所以在桥梁设计中，是否设置铅芯橡胶支座以及如何确定各个墩的铅芯橡胶支座刚度，应该主要考虑桥梁纵向反应。
4、支座参数对铅芯橡胶支座隔震桥的地震响应影响很大。
随着铅芯橡胶支座的刚度增大，梁体加速度和墩底内力增大，支座位移减小。这就似乎存在一个矛盾，当我们减小支座刚度从而减小上部结构加速度和墩底内力时，上部结构和墩之间的相对位移又会增大，因此，我们在进行抗震设计时，应对支座的刚度进行优化设计，选定一个支座刚度的最优值，在保证支座位移在允许范围内时，尽量使得梁体加速度和墩底内力降至最小。支座的硬化比α在一定的范围内对桥梁的纵向响应的影响大于横向响应。分析结果表明，当硬化比逐渐增大时，隔震桥的纵向隔震率下降速度远远大于横向，隔震率曲线更陡，相对于梁加速度和墩底内力，硬化比对支座的位移影响相对要小。因此，在进行铅芯橡胶支座隔震桥参数设计时，确定硬化比可只考虑纵向的影响。随着铅芯橡胶支座屈服强度的增大，隔震桥的纵、横向的梁体加速度都有显著的减小，而且纵向的减小速率要远大于横向；随着屈服强度的增加，支座位移减小，这是因为随着屈服强度的增大，支座变得更加刚性，而使得支座的相对位移减小，当屈服强度超过一定值时，支座位移会逐渐增加。因此，对于隔震周期比较小的LRB隔震桥，存在一个最优的屈服强度值，在最优的屈服强度值时，梁体加速度和墩底内力都最小。
5、地震波对隔震桥的影响较大。横桥向的地震作用与纵桥向有很大的不同，随着地震烈度水平的增加，桥梁横向的隔震效果略有降低，而纵向的隔震效果则显著提高，说明强震更有利于桥梁纵向隔震，但不利于桥梁横向隔震。场地特性对减震效果有很大的影响，在不同的场地，采用铅芯橡胶支座隔震的连续梁桥的响应有着很大的差异。输入第Ⅲ类场地地震波时，桥梁的位移响应峰值很大，铅芯橡胶支座起到了放大作用，采用隔震支座反而不利。因此，隔震技术并不适宜于修建在软土地基上的桥梁。
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只看楼主 我来说两句 抢板凳