介绍了大跨连续钢结构桁架商业连廊桥的隔震分析与设计。考虑到本工程的具体情况，设置了铅芯橡胶支座。通过合理确定铅芯橡胶支座的尺寸和设计参数，采用MIDAS/Gen软件进行隔震设计，结果表明，连续钢结构桁架连廊桥工程能够达到较好的隔震效果。设置合适的铅芯橡胶支座，对类似工程具有参考意义。
1 项目概况
一座商业廊桥位于上海宝山松宝地区。采用钢结构连续桁架结构体系。建筑功能为商业及人行桥。主跨跨度约82m，主跨横跨一条内河。其余三座跨度约为26、31,51m，廊桥总长约为190m，桥面结构宽度约为20m。工程设计基准期为50年，结构安全等级为二级，区域抗震设防烈度为7度，抗震设防类别为丙类。建筑50年一遇基本风压为0.55 kN/m2，结构整体抗侧力设计不防风。廊桥总体效果图如图1所示。
图1 廊桥整体效果图
廊桥采用10个桥墩。桥墩几何高度为6.2～16.6m（从帽台顶部算起）。桥墩之间安装型钢混凝土框架梁罕遇地震钢结构阻尼比，形成单一的延性框架。廊桥两侧分别与1、4地块商业裙房隔开抗震缝，抗震缝宽度为400mm。两侧商业裙房与廊桥存在2.0m的结构高差，廊桥通过在整体结构上找坡度满足高差要求。廊桥结构平面图如图2所示。
图2 廊桥结构平面图
2 结构体系及结构布局
考虑到商业廊桥的跨度和建筑净高要求，廊桥整体采用钢结构。上部结构主要由钢桁架（包括桁架上下弦杆及竖（斜）腹杆）、桥面主钢梁、第一层桥由次钢梁和横向框架系统（包括竖向钢柱和横向钢梁）。桥面采用压型钢板组合楼板；下部结构采用型钢混凝土延性框架。
廊桥竖向受力体系为两侧单层钢桁架，由上下弦杆和上下层竖向（斜向）腹杆组成。竖向力传递路径为：桥面主次梁体系→两侧桁架→支座→桥墩→桩基础。廊桥桥面结构平面布置见图3，廊桥内外桁架展开图见图4、图5。
图3 廊桥桥面结构平面布置示意图（屋顶类似）
图4 廊桥外桁架展开图
图5 廊桥内部桁架展开图
廊桥横向水平受力体系为钢框架和钢混凝土框架体系。桥梁横向所有主梁均与上下弦杆刚性连接，在支座处形成横向桥梁钢架体系。水平力传递路径为：屋盖/桥面→支撑处钢框架→钢筋混凝土框架→桩基。廊桥沿桥水平受力体系是由钢混凝土柱和空间桁架组成的具有一定侧向刚度的空间框架体系。
除了保证廊桥横向和纵向合理的侧向刚度外，采用压型钢板组合楼板、在廊桥支撑附近的桥面和屋面设置刚性水平支撑等措施，这使得廊桥上部结构具有更好的空间刚度和抗扭能力，整体结构体系更加合理。廊桥整体结构模型如图6所示。廊桥主要钢构件截面及钢级见表1。
图6 廊桥整体结构模型（铅芯橡胶隔震支座布置示意图）
廊桥下部钢混凝土柱（墩）截面尺寸为1500×1500～2100×2100。考虑到桥下净高要求，钢混凝土梁截面最终确定为1500×1100。混凝土强度等级分别为C40和C30。钢材材质为Q345。
3、廊桥结构隔震分析与设计
由于工程地震场地条件较差、荷载较大（尤其是廊桥桥顶因景观设计要求需要覆土）以及廊桥结构本身的动力特性等因素，导致整体地震反应廊桥规模较大；另外，由于桥墩的高度差异较大，很容易造成桥墩之间对地震作用的响应存在较大差异，给上部钢结构、桥墩乃至设计带来困难。桩基础。为了从根本上解决廊桥整体地震反应过大的问题，决定采用铅橡胶支座（LRB）。后续分析结果还表明，LRB的使用显着延长了结构的基本周期，有效降低了结构的地震响应。
采用MIDAS Gen软件进行分析，并采用简化的双线性恢复力模型来模拟边界的非线性[2]。在该软件中，铅橡胶支座由6个弹簧组成，其中两个弹簧的剪切分量相互关联，具有双轴塑性特性（Biaxis Plasticity），反映滞后效应的双轴塑性模型是由YJ Park[3]在单轴塑性模型的基础。其余两个水平方向上的轴向分量、扭转分量和弯曲分量都是线性的且互斥的。独立，如图8所示。考虑到LRB的应用会大大降低上部结构的地震反应，并且为了简化采用非线性模态叠加时程分析方法的计算，本工程仅考虑边界的非线性且不考虑上部结构的材料非线性。结果证明可行且符合逻辑。
根据规范[4]第12.2.3条的要求，综合考虑结构侧向刚度、阻尼比等因素，初步确定了不同尺寸和设计参数的3个方形LRB及其支撑类型和结构。初步设计参数[5]如表3所示，隔震支座布置及分析模型如图7所示。
(a) 双线性恢复力模型
(b) 三维元件特性示意图
图7 简化双线性恢复力模型
4 隔震廊桥结构设计及隔震支座验证
4.1 隔震廊桥结构设计
从多震条件下隔震/非隔震模型的基础剪力来看，结构隔震与非隔震模型的基础剪力比的最大平均值为0.517。根据规范[4]第12.2.5条的规定，可得 隔震后廊桥最大水平地震影响系数为0.05，约为初始值0.08的62.5%。隔震后连廊桥上部钢结构的抗震设计，按照调整后的水平地震影响系数最大值（竖向地震影响不降低）进行，同时考虑楼板刚度降低等诸多因素、温度应力、活荷载不利布置等，采用多模型围护结构设计，最终达到主要构件最大合成应力比控制在0.8以内、其他钢构件最大合成应力比控制在0.8以内的既定目标。地震频繁时为0.85。同时，不应减少隔震结构相应的抗震措施。
对于下部钢混凝土延性框架，根据规范[4]第12.2.9条的要求，采用隔震结构在罕遇地震作用下的承载响应计算框架的承载力，最终结果满足的要求。
4.2 隔震支座计算
在风荷载作用下，水平剪力最大标准值为1350kN，远小于结构总重力（140582kN）的10%或14058kN，满足规范第12.1.3条的要求[ 4]。
通过分析LRB的设计压应力罕遇地震钢结构阻尼比，发现最大压应力约为11.3MPa，小于规范表12.2.3中C类建筑15MPa的限值[4]。从表9可以看出，虽然个别LRB在罕见地震下支座的相对位移大于其100%剪切变形，但小于支座的极限位移，可以恢复。所有隔震轴承均不受拉力。
5 总结
本文阐述了大跨连续钢结构桁架连廊桥工程的隔震分析与设计，包括LRB尺寸选择、设计参数确定、支撑布置、边界非线性模型建立、非隔震模型/隔震模型在不同层面上运行通过以下线性/非线性分析以及隔震廊桥的结构设计、抗震缝宽度的确定以及隔震支撑的验证，结果表明，连续钢结构桁架画廊桥梁工程可以通过设立适当的LRB来实现。达到更好的隔离效果。
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