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铅芯橡胶支座赋能简支梁桥：减隔震控制的理论与实践

一、引言

1.1研究背景与意义

桥梁作为交通基础设施的关键组成部分，在现代交通运输体系中扮演着不可或缺的角色。简支梁桥以其结构简单、施工便捷、造价相对较低等显著优势，成为公路及铁路建设中应用最为广泛的桥梁结构形式之一，尤其是在中小跨度桥梁工程中，简支梁桥占据了相当大的比例，承担着繁重的交通荷载运输任务，对保障区域间的交通畅通和经济交流起着至关重要的作用。

然而，地震作为一种极具破坏力的自然灾害，对桥梁结构的安全构成了严重威胁。历史上诸多强烈地震灾害给桥梁带来了毁灭性的打击，众多简支梁桥在地震中遭受了不同程度的损坏，如支座破坏、桥墩开裂、主梁移位甚至落梁等严重震害，这些震害不仅导致交通中断，使救援工作无法及时开展，延误了黄金救援时间，还造成了巨大的经济损失，阻碍了震后地区的经济恢复和社会发展。以1976年唐山7.8级地震为例，在7度以上的地震烈度区中，130座大中型钢筋混凝土梁式桥出现破坏，其中18座倒塌、20座严重破坏、34座中等破坏。又如1995年日本阪神6.9级地震，大量桥梁损毁导致除航空、港口外的交通几乎全部中断，大阪神户高速因沿线超过1300座桥梁出现不同程度破坏而长期关闭。这些惨痛的教训充分凸显了地震对简支梁桥的严重破坏，也表明了提升简支梁桥抗震能力的紧迫性和重要性。

在众多抗震技术中，铅芯橡胶支座作为一种性能卓越的减隔震装置，受到了广泛关注和应用。铅芯橡胶支座主要由橡胶层、铅芯和约束钢板等部件组成。其中，橡胶层具有良好的弹性和阻尼性能，能够有效地吸收地震能量；铅芯则以其独特的弹塑性特性，在地震发生时通过剪切变形吸收并耗散地震能量；约束钢板起到增强支座整体稳定性和承载力的作用，确保支座在承受地震作用时能够保持稳定。这种独特的结构设计使得铅芯橡胶支座具备了良好的减隔震性能，能够有效地延长桥梁结构的自振周期，增加结构阻尼，从而显著减小地震作用下桥梁结构的地震力和位移响应，为桥梁结构提供可靠的抗震保护。

因此，深入开展铅芯橡胶支座在简支梁桥减隔震控制方面的研究具有重要的现实意义和工程应用价值。通过对铅芯橡胶支座的力学性能、减隔震机理以及在简支梁桥中的应用效果进行系统研究，可以为简支梁桥的抗震设计提供科学依据和技术支持，优化桥梁抗震设计方案，提高桥梁在地震作用下的安全性和可靠性，最大限度地减少地震灾害对桥梁结构的破坏，保障交通生命线的畅通，为震后救援和恢复重建工作创造有利条件，进而促进社会经济的可持续发展。

1.2国内外研究现状

随着地震灾害对桥梁结构的破坏日益受到关注，简支梁桥的减隔震研究成为了桥梁工程领域的重要课题。国内外学者在这一领域开展了大量的研究工作，取得了一系列的研究成果。

在国外，铅芯橡胶支座的研究与应用起步较早。20世纪60年代，新西兰率先开展了橡胶支座的研究，并将其应用于建筑结构的抗震领域。随后，日本、美国等国家也相继投入大量资源进行铅芯橡胶支座的研发与应用研究。日本在1995年阪神地震后，深刻认识到桥梁抗震的重要性，大力推广铅芯橡胶支座在桥梁工程中的应用，并开展了广泛而深入的研究。通过对大量实际桥梁的震害调查和分析，日本学者对铅芯橡胶支座的力学性能、减隔震效果以及长期耐久性等方面进行了系统研究，提出了一系列适用于日本国情的桥梁抗震设计方法和规范，如《道路桥梁抗震设计规范》，为铅芯橡胶支座在日本桥梁工程中的应用提供了坚实的理论基础和技术支持。美国的研究则更加注重铅芯橡胶支座的力学性能精细化研究和数值模拟分析。通过建立高精度的力学模型和数值分析方法，对铅芯橡胶支座在复杂地震动作用下的力学行为进行了深入研究，为支座的优化设计和性能评估提供了科学依据。

国内对铅芯橡胶支座的研究始于20世纪80年代，虽然起步相对较晚，但发展迅速。众多科研机构和高校，如中国建筑科学研究院、清华大学、西南交通大学等，在铅芯橡胶支座的研发、性能研究以及工程应用等方面开展了大量的研究工作。通过理论分析、试验研究和数值模拟等多种手段，对铅芯橡胶支座的力学性能、减隔震机理、设计方法以及工程应用效果等进行了全面而深入的研究。在理论分析方面，建立了多种铅芯橡胶支座的力学模型，如双线性模型、三线性模型等，能够较为准确地描述支座的力学行为；在试验研究方面，开展了大量的足尺试验和模型试验，对支座的各项性能指标进行了测试和验证，为理论分析和数值模拟提供了可靠的数据支持；在数值模拟方面，利用先进的有限元软件，如ANSYS、ABAQUS等，对铅芯橡胶支座在桥梁结构中的应用进行了数值模拟分析，研究了支座的布置方式、参数优化等对桥梁减隔震效果的影响。

在简支梁桥减隔震研究方面，国内外学者也取得了丰硕的成果。通过对简支梁桥在地震作用下的动力响应分析