板式橡胶支座梁桥的典型横向震害及其影响因素分析

针对板式橡胶支座梁桥在汶川地震中大面积失效的现象,基于震害调查资料对这类桥梁的典型横向震害特征进行了总结,然后基于试验成果和理论分析模型,采用增量动力分析研究了典型桥例的地震损伤过程,并与震害特征进行对比验证,采用参数分析揭示了桥梁横向震害特征的关键影响因素及其规律。研究表明:板式橡胶支座梁桥的典型横向震害是位移失控,其结构性损伤很轻;支座的柔性和滑移对墩柱抗震有利,但当地震动较大时,挡块脆断会造成梁体严重移位、支座脱空;挡块的强度、变形能力、间隙和支座的摩擦因数都是横向震害的影响因素;强度和变形能力越大,挡块限位效果越好,但强度增大会造成墩柱延性系数成倍增长,而变形增大对墩柱的影响明显更小;间隙是保证支座隔震和挡块限位的重要方面,不宜过大也不宜过小,该研究中桥例取5 cm时可达最优效果;摩擦因数对支座隔震效果的影响很大,摩擦因数越大,墩柱的延性系数也越高;改善挡块变形可达到与提高强度相同的限位效果,且对支座隔震的阻碍更小。因此,对传统挡块进行改进宜从提高其变形的角度出发,工程应用中可综合优化挡块的强度和变形来实现预期抗震目标。     

板式橡胶支座梁桥的典型横向震害及其影响因素分析

针对板式橡胶支座梁桥在汶川地震中大面积失效的现象,基于震害调查资料对这类桥梁的典型横向震害特征进行了总结,然后基于试验成果和理论分析模型,采用增量动力分析研究了典型桥例的地震损伤过程,并与震害特征进行对比验证,采用参数分析揭示了桥梁横向震害特征的关键影响因素及其规律。研究表明:板式橡胶支座梁桥的典型横向震害是位移失控,其结构性损伤很轻;支座的柔性和滑移对墩柱抗震有利,但当地震动较大时,挡块脆断会造成梁体严重移位、支座脱空;挡块的强度、变形能力、间隙和支座的摩擦因数都是横向震害的影响因素;强度和变形能力越大,挡块限位效果越好,但强度增大会造成墩柱延性系数成倍增长,而变形增大对墩柱的影响明显更小;间隙是保证支座隔震和挡块限位的重要方面,不宜过大也不宜过小,该研究中桥例取5 cm时可达最优效果;摩擦因数对支座隔震效果的影响很大,摩擦因数越大,墩柱的延性系数也越高;改善挡块变形可达到与提高强度相同的限位效果,且对支座隔震的阻碍更小。因此,对传统挡块进行改进宜从提高其变形的角度出发,工程应用中可综合优化挡块的强度和变形来实现预期抗震目标。     

耗能型桥梁抗震挡块试验研究

针对桥梁常在隔震支座处设置抗震挡块以防止地震时桥梁发生横桥向落梁破坏,提出新型耗能型桥梁抗震挡块。小震时该抗震挡块保持弹性,能提供抗力限制桥面板位移;大震时该挡块屈服耗能,能减小桥梁的地震响应。设计5个抗震挡块试件病进行拟静力试验研究。试验结果表明,构造合理的耗能型桥梁抗震挡块可提供充足承载力与良好耗能能力。     

挡块对斜拉桥横向抗震体系的影响

为探讨挡块限位装置对斜拉桥横向抗震体系的影响,以宁波大榭二桥为工程背景,采用非线性时程法分析比较了三种状况下斜拉桥的结构地震响应,即不考虑挡块的作用、考虑挡块的影响、挡块破坏后的效应等三种情况。研究表明：梁体与挡块的碰撞效应有利于改善斜拉桥在地震作用下的横向受力,降低控制横向设计的锚墩的响应需求;而挡块的破坏则会导致梁体侧向过大的位移,带来结构稳定和疲劳方面的隐患;通过在边墩和锚墩设置粘滞阻尼器可以改善结构的受力、限制梁体的侧移并使支座免于破坏,但增加了设计困难和建设造价,而设置足够强度的挡块值得推荐。     

钢筋混凝土双肢剪力墙抗震性能的试验研究

通过六层钢筋混凝土双肢剪力墙在反复水平荷载作用下的试验研究,表明在连梁两端和墙肢底部交叉斜筋,可以有效地将连梁和墙肢的剪切破坏转换为弯曲破坏,结构最终形成梁式侧移机构,具有较好的变形能力,其整体延性和局部延性均满足抗震要求。     

不同挡块形式对中小跨径梁桥横向抗震性能的影响

针对我国汶川地震中小跨径梁桥的典型震害特征,提出一种新型摩擦型挡块代替常规混凝土挡块作为桥梁横向限位装置;然后以一座三跨连续梁桥为例,在考虑板式橡胶支座滑动、挡块非线性等力学因素的基础上,对分别采用常规混凝土挡块和摩擦型挡块时结构的横向地震反应特点进行了分析计算。结果表明,与常规混凝土挡块相比,摩擦型挡块通过自身的摩擦滞回耗能可以有效地降低结构的地震响应,大大改善结构的抗震性能。     

基于转动刚体模型的钢筋混凝土挡块抗震强度预测

在拟静力试验基础上,根据挡块的破坏现象、钢筋的应变分布规律、以及挡块的力-变形关系曲线识别了挡块的两种典型破坏形态,即斜截面剪切破坏和连接面剪切破坏。引入转动刚体的假设模拟挡块的破坏机制,提出混凝土和钢筋强度贡献的两个独立分项,分别建立了两种破坏形态下挡块的抗震强度预测模型。两个模型本质上一致,但受力模式有别。斜截面转动刚体模型中挡块的强度主要来自混凝土、剪切钢筋、水平拉筋和水平构造筋的贡献;而连接面转动刚体模型主要来自混凝土和剪切钢筋。两个模型不仅可体现挡块尺寸、材料特性、钢筋数量等基本参数的影响,也可反映加载位置、钢筋位置等因素的作用。误差分析表明两个模型计算结果精确、可靠,可为挡块的抗震设计计算提供参考。     

基于修正滑移刚体模型的挡块抗震强度预测及其应用

基于挡块脆性斜剪破坏的震害,提出"限制挡块破坏范围"和"提高挡块塑性变形能力"两个预期目标,开展了两个系列试验研究,并通过使挡块发生滑移剪切破坏加以实现。在试验基础上,讨论了采用Bozorgzadeh滑移刚体模型预测挡块强度的适用性。分析表明在混凝土接触面粗糙度不可忽略的情况下,Bozorgzadeh模型的计算结果偏低。引入表征接触面粗糙度的混凝土粘聚力修正项,可拓宽滑移刚体模型的适用范围,结合多种文献的试验数据验证表明修正滑移刚体模型实用可靠。最后,针对滑移剪切破坏的挡块建立了抗震强度预测公式,误差分析表明该公式计算结果精确、可靠;且形式简单,便于挡块的配筋设计,具有很高的工程实用价值。     

阻尼支座对混凝土框架楼梯抗震性能影响的试验研究EI北大核心CSCD

为研究设置阻尼支座的混凝土框架楼梯结构的抗震性能,设计并制作缩尺比例为1∶2的阻尼支座楼梯试验模型,对其进行拟静力试验。试验研究了阻尼支座楼梯的破坏形态、滞回性能、变形能力等,分析了阻尼支座楼梯的工作机理,并与固定支座、滑动支座楼梯试验结果进行了对比。试验结果表明:阻尼支座楼梯通过阻尼支座的变形耗能保护梯段板,加载至破坏时,梯段板未发生明显的破坏,峰值荷载后承载力下降较慢,仍有较好的承载能力和变形能力,破坏主要发生在框架梁、梯梁,其延性优于固定支座楼梯,承载力和耗能能力高于滑动支座楼梯。     

横桥向地震作用下简支梁桥偏心碰撞反应参数研究

汶川大地震中桥梁结构横向抗震挡块遭到严重破坏,其中部分是由于梁体与其发生碰撞所致。针对桥梁结构横向抗震挡块与梁体在强震作用下的碰撞现象,建立了考虑上部结构与挡块间偏心距、支座非线性和墩柱弹塑性的横桥向单墩碰撞模型。采用非线性地震反应时程分析方法,详细研究了偏心距、碰撞刚度、初始间隙、桥墩线刚度、上部结构与盖梁质量比、上下部结构周期比以及墩柱弹塑性等参数对桥梁结构横向地震反应的影响。结果表明：考虑偏心的碰撞进一步增强了系统的非线性,低高度梁(e<70cm)不考虑偏心碰撞分析可能导致不保守的结果,需引起重视。     

内置碟簧自复位联肢剪力墙参数设计与滞回性能研究

为了减小结构的震后残余变形,有效地避免墙肢破坏,该文提出并设计了一种内置碟簧装置的自复位联肢剪力墙(SC-CSW)。SC-CSW主要通过碟簧装置中的摩擦耗散地震能量,碟簧提供恢复力。建立了预压小于摩擦的SC-CSW1、预压大于摩擦的SC-CSW2及普通联肢剪力墙的有限元模型,对比分析了三者的承载能力、变形能力、耗能能力和自复位能力,结果表明:加载位移达到弹塑性层间位移限值时,SC-CSW1的累积耗能比普通联肢剪力墙降低28.03%,但其延性比普通联肢剪力墙提高至少2.94倍,能更好的满足大震下的位移需求; SC-CSW2的累积耗能比SC-CSW1降低15.83%,但其承载力提高,且最大残余位移比仅为0.09%,基本消除了残余变形,能满足结构功能可恢复的需求。     

常延性系数弹塑性位移谱及其应用

采用根据我国现行《建筑抗震设计规范》生成的人工地震波,对单自由度体系进行弹塑性时程分析,讨论了滞回模型、屈服后刚度等对弹塑性位移反应谱的影响。在此基础上,建立了8度设防、Ⅱ类和Ⅲ类场地、设计地震分组为第一组、位移延性系数μ为1~8的单自由度体系最大弹塑性位移与周期的关系,即常延性系数弹塑性位移谱。通过算例,介绍了常延性系数弹塑性位移谱在房屋结构基于位移抗震设计中的应用。     

混凝土联肢剪力墙结构抗震性能控制方法

联肢剪力墙结构抗震性能控制是目前尚未很好解决的问题之一。该文以连续化方法的解析解为基础,在联肢剪力墙高度、截面尺寸和材料性能等已知的条件下,首先通过控制联肢剪力墙满足整体位移延性需求的耦联率来确定连梁的截面尺寸;然后通过控制联肢剪力墙结构顶点和层间侧移角来确定其基底剪力,并假定水平地震作用沿高度为倒三角形分布;最后确定连梁满足位移延性需求的弦转角需求,并依据连梁两端相对竖向变形需求确定连梁所需要的约束箍筋数量,连梁箍筋数量同时应满足受剪承载力要求。分析结果表明,根据联肢剪力墙的整体位移延性需求、目标耦联率以及连梁两端相对竖向变形需求所确定的连梁约束箍筋数量比较合理;当耦联率在0.4~0.66取值时,连梁的箍筋数量由受剪承载力计算控制。     

地震动特性对公路桥梁板式橡胶支座滑动反应影响

针对我国常见的板式橡胶支座类型公路桥梁因支座与墩梁间无连接措施、在地震作用下频发主梁移位甚至落梁等震害的现状,采用平滑动支座单元模拟板式橡胶支座的滑动效应,通过对一单墩模型的非线性地震反应时程分析,探讨了影响板式橡胶支座滑动反应的主要因素,研究了包括地震动峰值加速度、地震动频谱特性以及地震动加速度时程曲线形状细节等地震动特性对公路桥梁板式橡胶支座滑动反应的影响。研究表明:板式橡胶支座滑动反应是随地震动峰值加速度A_p、地震动峰值加速度与峰值速度比值A_p/v_p变化的函数;地震动加速度时程曲线形状细节也是影响支座滑动反应的一个重要因素。设计人员在对板式橡胶支座类型桥梁进行抗震设计时,应注意选择与场地条件相匹配的地震动输入;利用工程经验判断支座滑动反应时,应重视地震动加速度时程曲线形状细节的反常影响。     

橡胶隔震支座拉伸刚度理论模型与分析

为定量分析橡胶隔震支座的受拉性能, 该文建立了橡胶隔震支座双弹簧拉伸刚度简化分析模型, 根据支座的剪切和拉伸几何变形条件, 以及受力平衡条件, 推导了不同剪切变形下橡胶隔震支座拉伸刚度理论计算公式。根据推导结果对支座拉伸刚度变化规律进行了分析, 并与ABAQUS有限元数值模型及支座拉伸试验结果进行了对比, 结果表明, 该文计算公式可以较好地分析不同直径叠层橡胶隔震支座在剪切变形小于100%时拉伸刚度定量变化。     

嘉德艺术中心结构模型振动台试验与竖向地震作用分析

嘉德艺术中心是同时带有大悬臂和大跨转换层的复杂结构,为保证该结构的抗震安全性,进行了1:16的缩比振动台试验,并利用ABAQUS进行了弹塑性分析。研究了结构的动力特性,研究了结构在8度多遇、设防、罕遇地震及9度罕遇地震下的加速度响应、位移响应及损伤过程。并讨论了大悬臂桁架和大跨转换层桁架竖向地震作用计算方法。研究结果表明:该结构具有良好的变形能力和延性,具有足够的抗震储备能力,满足规范"小震不坏,中震可修,大震不倒"的设防要求;采用竖向振型分解反应谱法计算的竖向地震作用并不一定大于规范简化方法的结果,实际设计中宜取两者的包络;且对于8度抗震设防的大悬臂桁架和大跨转换层桁架,规范简化方法计算的竖向地震作用偏小,宜取重力荷载代表值的15%计算竖向地震作用。     

Experimental study of retrofitted reinforced concrete shear wall and concrete-encased steel girders using a new CarbonFlex composite for damage stabilization

A bi-axially loaded shear wall and two fatigue-damaged concrete-encased steel girders are experimentally tested using a retrofit technique that utilizes a newly developed composite wrap. The composite, which is being termed “CarbonFlex,” helps to stabilize the propagation of damage, specifically fracture, in retrofitted beams and a shear wall via an energy dissipation mechanism, resulting in significant ductility and confinement, and high-strength sustainability. The CarbonFlex-retrofitted shear wall had been initially damaged to a level corresponding to 40% of its peak strength under bi-axial loading (constant vertical load and quasi-static cyclic lateral load). Following the CarbonFlex-retrofit, the capacity doubled to 80% of its original strength while exhibiting significant ductility and having tremendously improved confinement. The fatigue-damaged beams are retrofitted using conventional carbon–fiber reinforced polymers (CFRPs), and then, separately, using the new prototype CarbonFlex composite. The latter beam sustained over 68% of its peak strength following dissipation of the initial shock energy of the fractured welds of the encased steel girder; the beam also exhibited significant displacement ductility, having an ultimate displacement three times that of its CFRP counterpart.     

具有复位功能的钢筋混凝土剪力墙设计与性能研究

为减轻混凝土剪力墙墙脚处的严重破坏,提高混凝土结构延性并控制震后残余变形,提出一种具有复位功能的钢筋混凝土剪力墙。该自复位剪力墙（SC-SW）通过两侧墙脚设置的碟簧装置提供复位力,利用墙体自身变形耗散地震能量。基于相同的几何尺寸和配筋以及相似的加载规则,建立普通钢筋混凝土剪力墙SW1和自复位剪力墙SC-SW有限元模型,对比分析两者的承载能力,耗能能力及变形能力。结果表明,SC-SW的承载能力略高于SW1,累积滞回耗能大于SW1,并且SC-SW的延性性能相比SW1提高约40.95%。新型SC-SW墙脚处放置碟簧装置可提供必要的抗侧刚度减轻墙脚的破坏,并提供较好的复位能力,能基本消除构件的残余变形,使结构在地震后具有可恢复的功能。     

考虑橡胶垫弹塑性性能及结构阻尼比变化的隔震结构动力分析

本文的主要工作:(1) 在一个通用的高层建筑空间动力分析程序HBTA[1]的基础上增加了铅芯叠层钢板橡胶垫的弹塑性本构关系,改进后的程序能够考虑橡胶垫在双向水平力作用下两个方向恢复力和位移相互耦合的弹塑性性能。(2) 为了反应橡胶垫隔震层与上部混凝土结构阻尼比不同的特点,本文还运用线性加速度逐步积分法和Wilson抭法的基本原理,推导出了适用于隔震结构动力方程的逐步积分公式,该公式能够同时进行隔震建筑上部和下部两个子结构动力方程的时程反应计算。笔者对上述工作进行了程序实现和实例计算,结果表明考虑上部结构及橡胶垫隔震层不同阻尼比是完全必要的。