地震时梁桥支座的横向受力分析研究

地震时梁桥支座的横向受力分析研究

【摘要】在公路和铁路工程抗震设计规范（试行）中，对支座部件及支座联接梁、墩台锚螺栓的横向抗震强度，是按水平地震荷载p=1.5khw0计算，同时规定p由活动与固定支座共同承受，且不计摩擦力的减少作用。根据这一规定，支座在横桥向只承受水平剪力，然而大量支座螺栓在地震中却表现出扭弯破坏，同时一些按这一方法计算很安全的支座在地震中破坏了，是不是我们对支座在地震中的受力情况和受力过程还远远的认识不够呢？是这样。

【关键词】桥梁梁高受力横向结构

一、支座只受纯剪力吗？

国内外对支座的横向计算的基本假定：

1.将沿梁高分布的质量全部集中到墩顶位置，即完全忽略梁高的影响。

2.将每墩两侧上部结构的质量的一半，集中到该墩墩顶作为集中质量。

3.活动支座与固定支座共同承受水平地震荷载p，即完全忽略了活动与固定支座在构造和受力上的显著差异。

根据这些基本假定，支座在横向的动力图式就被不真实的简化，得到

w0，然后取c2rβ的上限值1.5。

人们的认识随着客观事物的发展在深化，我国辽南、唐山一丰南地震极大的丰富了支座横向的受力情况和受力过称，它不仅要受到

剪切，同时还将受到横向弯矩和扭矩，现有支座的横向计算，既不能控制其强度，也没有真实的反映它的受力过程和受力情况。

现采用的支座横向计算图式，由这个图式，上部结构的全部质量m仅仅在支座水平面产生剪力p。但是当考虑梁高的影响时，其实际的动力计算图，由这个图式，上部结构质量m不仅在支座水平面产生剪力，同时还将产生横向倾覆弯矩。设自振频率为ω，墩顶水平振幅及角振幅为及，h1、为上部结构与支座高度，h0为墩高，为上部结构在处的质量，m为上部结构的总质量。

，由图1a）得：

（1）

由于梁的刚度较大，因此对沿梁高的振型可采用直线，则处的振幅为，由图1b）得上部结构质量在支座截面产生的剪力及弯矩为：

（2）

（3）

令，并设：

代入式（3）得：

（4）

下面我们来分析在横向只设置了两个支座的受力情况，当上部结构将剪力弯矩传到支座时，由图2得到每一支座受到的水平剪力及竖向拉压力n为：

（5）

式（5）中，为上部结构质量中心至支座底的高度，由于≥故：（6）

式（6）中b为两支座间的横向水平距离，由于 /b值在0.25～3之间，故值在0.5～6之间，这就是说支座在横向不仅仅只是受到纯剪切，而且受到弯矩的作用。由在每一支座上产生的拉压力，为水平剪力的0.5～6倍之多。说明梁高影响在支座的横向计算中是不容忽视的，特别在高烈度区梁高又较大的桥梁，由于的作用，将使上部结构在支座截面出现横向倾覆。因此对梁高较大的桥梁，必须考虑上部结构在支座截面的横向倾覆的稳定程度，并给予必要的安全储备。

二、横向扭矩的出现

在支座的横向计算中没有考虑活动支座强度遭到破坏以后，上部结构将与固定支座的桥墩产生横向弯曲兼扭转的危险振动，这种振动不仅对固定支座、而且对墩身都是极端危险的，这就是大部分旧桥固定支座出现扭弯破坏的原因。

对图3设为一孔上部结构产生的横向地震水平荷载，为一孔上部结构的自重，为活动支座的摩擦阻力，当时，活动支座的上下底板将不产生相对运动，此时上部结构与两端桥墩一起，只产生横向弯曲振动，如图3b）。但是当时，活动支座的摩擦阻力遭到破坏，上部结构在活动端将与桥墩产生相对运动，此时上部结构仅仅只与固定端的桥墩一起，不仅产生横向弯曲振动，同时还以固定墩为扭转轴产生扭转振动，如图3c），此时由于上部结构刚度较大，沿跨

径方向的振型亦可近似的按直线采用，设为上部结构在跨长处的质量，为固定墩墩顶的水平振幅，为扭转角，仿上推导，在活动支座产生的剪力及固定支座产生的剪力和横向扭矩。

上部结构的横向水平地震力：

（7）

活动支座端水平剪力：

（8）

固定支座端的水平剪力及扭矩：

（9）

（10）

式（8）、（10）中为竖向地震系数，、、为：

下面我们同样来分析横向只设置两个支座的受力情况，当上部结构的及扭矩传到固支座端后，每一支座受到的横向剪力及顺桥向扭剪力（这里我们设固定支座为销钉构造，因此在每一固定支座产生的是顺向剪力，而在实际上是随的大小而改变方向。如固定支座为螺栓联接，则将受扭矩），由图5，近似的取 =0.5l、v=0.5 ， =1.5 得：

=0.25

由于≥，故：

（11）

对l=31.7m的预应力t梁，b=1.8m，设 =0.3，当烈度为9°时，=0.4，设 =0，由式（11）得≥17.6，这就是说由扭矩在固定支

座产生的顺桥向扭剪力为横向剪力的17.6倍以上，这就是高烈度区固定支座出现扭弯破坏的原因。为了避免这话总弯曲兼扭转的危险振动，对于新建及旧有桥梁，均必须在活动支座端设置双向阻止活动支座横向位移的抗震构造。

三、支座的横向计算

支座的横向计算，应按图1b）及图3c）计算，按动力法去解答图1b）及图3c），并不是困难的，只要我们解出、。但这将使我们对不同的墩台及上部尺寸去分别解答、，这显然是不方便的。为了给出简易的公式，我们来分析式（4）、（10）中的系数：

当→∞时，a=b→1，当→0时且为常数，a=b→1.333，由此我们得到a、b值在1～1.333之间，随着的加大而逐渐接近于1，为简化计算，取a=b=1，同时取p=1.5 ，我们就得到了既简便、而又真实的反映了支座横向受力的计算公式：

a.当活动支座端设置了双向限制位移（横向）装置时，固定端及活动端的横向剪力与倾覆弯矩为：

v=v0=0.5p （12-a）

（12-b）

b.当活动支座端未设置双向阻止横向位移装置时，活动端的横向剪力及倾覆弯矩为：

（12-c）

（12-d）

固定端的横向剪力、倾覆弯矩、扭矩为：