以某大跨度铁路钢桁架拱桥为研究对象，其所处区域为标准的高山峡谷“V”型地貌。研究对象所处区域的地震基本烈度与场地类别分别为Ⅷ度和Ⅱ类，反应谱特征周期与基础地震动峰值加速度分别为0.5 s和0.205 g。研究对象设计过程中的抗震设防水平包括两种，分别是设计地震与罕遇地震^[8]，整体设防目标为：设计地震条件下不被破坏，罕遇地震条件下可以修葺。表1所示为研究对象内不同部件的设计目标。

研究对象的桥式设计为主跨上承式钢桁架双线拱桥，主跨达到400 m。研究对象整体跨度主要分为三部分，具体如下：

（1）不间断钢箱梁：2×43 m；

（2）钢桁拱桥：400 m；

（3）不间断钢箱梁：2×36 m；

研究对象选取提篮拱形式设计拱肋，矢高可达90 m；拱顶区域的桁宽和桁高分别达到10.5 m和8 m，而拱脚区域的桁宽和桁高分别达到25.5 m和14 m。研究对象主梁在拱顶区域和拱肋区域均为上弦固结^[9]，在其余墩柱区域均采用钢制支座。

支座隔震设计旨在减少建筑物或桥梁在地震作用下的振动反应，保护结构免受严重破坏。通过设置相关参数，包括减少振动幅度、缓解动态荷载、提高结构稳定性和保护人员财产安全，支座隔震设计能有效降低地震影响下结构的风险，增强抗震防灾能力，确保结构在地震事件中更安全可靠。一般情况下，桥梁所使用的支座主要分为以下几种类型：

表1 研究对象内不同部件的设计目标Table 1 Design objectives of different components within the study subjects

（1）板式橡胶支座利用提升桥梁结构的柔性来延长桥梁结构周期，以此实现抑制地震影响、不同桥墩共同抗震、一起达到降低地震影响、地震结束后能够自动恢复原位的目的。该类型支座在地震过程中可与桥梁墩（梁）发生相对滑动，借助滑动隔振效应有效降低地震对桥梁的作用^[10]，由此保障桥梁在地震过程中稳定性与安全性。但该类型支座在实际应用过程中也存在一定缺陷，例如滑动位移无法自动复原、支座发生滑动后将产生相应的不可预见性，由此造成有一定概率会出现桥梁落梁等问题。

（2）铅芯橡胶支座在板式橡胶支座性能优势的基础上，还利用提升桥梁结构阻尼的方式降低桥梁结构在地震作用下的反应^[11]，是一种优秀的、且被普遍使用的隔震、抗震装置。但该类型支座使用过程中，纵向承载力具有显著约束性，无法运用在大跨连续梁桥内。

（3）E型钢支座是由盆式橡胶支座与E型钢阻尼器共同组成，其被普遍应用在大跨桥梁中。但该类型支座在实际应用过程中会存在E型钢阻尼器位移约束显著、体积较大以及型式复杂等问题。

（4）以曲面滑动隔振理论为基础设计的摩擦摆减、隔震支座主要优势为单价小、应用过程简单、负载性能优，在包含一般平面滑动隔振系统的特性基础上，同样具备优质的稳定性、地震过后的自动复位能力以及抗平扭性能，因此被广泛应用在大跨度桥梁中。

恒载条件下，研究对象联间墩单一支座的反力大致为25 000 kN，因此研究对象隔震、抗震应用中对支座的承载性能要求相对较高，整体考虑上述四种类型的支座性能，选取E型钢支座与摩擦摆减、隔震支座进行模拟分析，单幅桥的不同中墩顶部区域设置两个支座，不同过渡墩的顶部区域则设置四个支座。以保障协调研究对象内不同墩的受力情况，并获取优质的减震、隔震效果，设定研究对象所使用支座的主要技术参数如表2所示。

表2 支座主要设计参数Table 2 Main design parameters of bearings

为研究大跨度桥梁不同类型支座的抗震性能，针对2.1小节中的研究对象，在第一条地震动条件下，设置下述四种不同的工况，设定支座的自由程与水平刚度分别为50 mm和3×10⁵ kN/m，针对不同工况构建对应的有限元模型。

（1）第一种工况：研究对象过渡墩、辅助墩顶以及桥塔区域均安装E型钢支座；

（2）第二种工况：研究对象过渡墩、辅助墩顶以及桥塔区域均安装摩擦摆减、隔震支座；

（3）第三种工况：研究对象桥塔区域和辅助墩顶区域均安装摩擦摆减、隔震支座，而过渡墩顶区域安装E型钢支座；

（4）第四种工况：研究对象桥塔区域安装摩擦摆减、隔震支座，过渡墩辅助墩顶部区域安装E型钢支座。

不同工况条件下，研究对象过渡墩、辅助墩以及桥塔纵桥向墩梁相对位移值，如表4所示。

表4 不同工况下桥墩梁纵桥向相对位移对比Table 4 Comparison of relative displacement of pier beam along longitudinal direction under different working conditions

分析表4内的数据能够得到，在第一条地震动影响下：

（1）第一种工况下墩梁相较于其他墩梁的相对位移较大，相对位移上限达到0.369 m。

（2）与第一种工况相比，第二种工况下，研究对象整体安装摩擦摆减、隔震支座，桥塔、桥墩区域所产生的相对位移都呈现出显著下降的趋势，下降幅度高于70%。

（3）第三种工况下，研究对象桥塔和辅助墩区域的纵桥向相对位移下降幅度在70%以上，而过渡墩区域的纵桥向相对位移依旧显著。

（4）第四种工况下研究对象过渡墩、辅助墩以及塔桥区域的相对位移均呈现出一定程度的下降趋势，桥塔区域支座变形仅为0.085，而纵桥向相对位移值下降幅度达到70%以上，但安装E型钢支座区域的相对位移依旧较为显著。

综合上述结果能够得到，摩擦摆减、隔震支座在研究对象内产生显著的限位功能，研究对象整体采用摩擦摆减、隔震支座能够令全部支座纵桥向变形水平抑制在0.85 m范围内，由此说明为保障研究对象的桥墩与桥塔区域不会形成大纵向相对位移，研究对象的支座最好使用摩擦摆减、隔震支座。

在第一条地震动条件下，第一种工况与第二种工况时研究对象主梁位移时程波动情况如图2所示。

图2 研究对象主梁位移时程曲线图Fig.2 Time history curve of main beam displacement of study subject

分析图2能够得到，第一种工况与第二种工况时研究对象主梁峰值位移分别为0.53 m和0.49 m。第二种工况下研究对象主梁纵桥向峰值位移与工况相比呈现下降趋势，由此说明研究对象采用摩擦摆减、隔震支座时对地震作用下主梁位移产生相应的约束作用。

在第一条地震动条件下，第一种工况与第二种工况时，研究对象桥塔塔底、墩底纵桥向地震内力值波动情况如表5所示。

表5 前两种工况下桥塔墩底纵桥向地震内力值Table 5 Seismic internal force value along longitudinal direction at the bottom of the bridge tower pier under the first two working conditions

分析表5内的数据能够得到，第二种工况下，也就是研究对象安装摩擦摆减、隔震支座时，桥塔与墩底受力情况与第一种工况相比较大。其中研究对象桥塔塔底剪力提升幅度最为显著，剪力增幅上限为44.96%，过渡墩与辅助墩的剪力提升水平也较大。产生这种情况的主要原因为，在第一条地震动影响下，研究对象采用的摩擦摆减、隔震支座变形大于其自由程状态，摩擦摆减、隔震支座的限位功能被启动，能够产生纵向约束，由此造成研究对象上部结构传输至桥塔与桥墩的地震内力值提升。

综上所述，研究对象采用摩擦摆减、隔震支座的抗震性能优于E型钢支座。因此在后续实验过程中，主要研究摩擦摆减、隔震支座在不同地震动影响下的抗震性能。

表6所示为不同地震动条件下，研究对象3～10号桥墩在顺桥向的地震反应。

表6 不同地震动条件下桥墩顺桥向的地震反应Table 6 Seismic response of bridge piers along bridge under different ground motion conditions

分析表6能够得到：研究对象采用摩擦摆减、隔震支座可令研究对象各墩在不同地震动条件下所承受的作用力相对平均，也就是研究对象采用摩擦摆减、隔震支座后，在不同地震动条件下不同桥墩之间能够实现协同抗震。产生这种情况的主要原因为研究对象的不同桥墩之间高度差值并不显著，同时桥墩的刚度值差异也较小；研究对象除两侧跨外中间区域的梁跨依照等跨设定，支座反力差异较小，在安装相同的摩擦摆减、隔震支座后，支座的刚度差异也较小，因此对于研究对象不同墩在不同地震动作用下的协同抗震产生积极影响。

对研究对象截面弯矩—曲率间的相关性进行分析，确定研究对象截面的初屈服弯矩，结果如表7和表8所示。

表7 研究对象墩底截面抗震性能分析结果Table 7 Analysis results of seismic performance of the pier bottom section of the study object

表8 研究对象桩身截面抗震性能分析结果Table 8 Analysis results of seismic performance of pile body section of the study object

从表7和表8的数据与结果可知，研究对象采用摩擦摆减、隔震支座后，桥墩与桩基础的地震弯矩小于屈服弯矩，在地震动作用下维持弹性状态，达成预期抗震目标。然而，文章结果分析后的结论部分虽有，但讨论部分存在不足。就误差来源而言，测量仪器存在精度限制，如传感器灵敏度不够高会使测量数据有偏差；模型简化假设可能忽略结构连接部分影响，导致弯矩分布与实际不符；地震动输入具有不确定性，所选记录可能未涵盖最不利情况。研究也存在局限性，样本数量有限，可能无法代表所有结构类型和工况；工况设置不够全面，未考虑极端或组合地震工况；且未涉及摩擦摆减、隔震支座的长期性能，如多次地震循环后的性能变化和耐久性等。