典型连续梁桥考虑板式橡胶支座滑移的抗震性能对比研究

针对汶川地震中挡块破坏导致支座发生不受限的滑移行为,选取了三座不同墩高布置的典型连续梁桥,建立了考虑板式橡胶支座滑移性能和挡块滞回特性的非线性分析模型,结合支座与桥墩的损伤指标,对比研究了支座滑移和挡块强度对桥梁抗震性能的影响。研究表明:滑移摩擦系数的增大在一定范围内能减弱支座的滑移效应,但只能小幅增大墩柱延性系数,而不会改变墩柱的损伤状态;挡块强度对高墩支座滑移效应的影响明显大于矮墩,但对矮墩延性系数的影响却明显大于高墩;当挡块强度较高时,挡块的限位作用会明显增大不规则桥梁中矮墩的延性系数,加剧墩柱的损伤状态;挡块和桥梁动力特性对支座滑移效应的影响比摩擦系数更显著,在抗震设计和加固时,应对挡块的设计引起重视。     

考虑板式支座滑移的中小跨度梁式桥振动台试验

基于汶川地震中小跨度梁式桥普遍出现的板式橡胶支座滑移典型震害,采用大比例全桥振动台试验手段探究了考虑板式支座滑移对该类桥梁抗震性能影响。以一座25m跨径的标准简支T梁桥为例,设计了1/4缩尺比的全桥试验模型,选取一条近场脉冲型实际地震动记录作为振动台试验输入,对不同墩梁横向约束体系的结构开展了一系列振动台试验研究。试验结果表明：①强震作用下板式橡胶支座与梁底间会出现摩擦滑移效应,从而在一定程度上对下部结构起到隔震作用;②在地震动较小时,常规横向混凝土挡块可以起到一定限位效果,但在强震作用下,随着板式橡胶支座开始发生滑移,混凝土挡块的限位效果逐渐减弱,同时混凝土挡块还会造成下部结构较大的地震损伤;③新型弹塑性挡块具有良好稳定的滞回耗能能力,可有效控制强震作用下墩梁间最大相对位移需求,减低其震后残余位移,同时弹塑性挡块的屈服还可避免下部结构造成严重地震损伤。     

考虑板式橡胶支座滑移的简支梁桥横向抗震性能

目前,高烈度区的许多中小跨度梁桥仍采用板式橡胶支座,汶川震害表明支座滑移后能缓解地震损伤,但也会导致墩梁相对位移过大和挡块破坏。为此,以某三跨简支梁梁桥为例,基于SAP2000建立数值分析模型,分析支座摩擦系数、挡块初始间隙和接触刚度对桥梁横向地震响应的影响,并与不考虑支座滑移模型和高阻尼橡胶支座模型进行对比。结果表明:(1)摩擦系数的增加会增大墩底弯矩,摩擦系数取0.2～0.3为宜;(2)增大间隙在一定范围内能够减小横向地震响应;(3)刚度过小时支座横向位移较大,刚度过大会加急挡块碰撞力,应根据计算合理确定;(4)考虑板式橡胶支座滑移后具有一定耗能作用,若不考虑则会高估地震响应;(5)高阻尼橡胶支座减震效果最佳。     

考虑退化效应的滑移铅芯橡胶支座力学性能精细建模与模型验证

隔震支座是隔震结构地震响应控制的关键构件,滑移铅芯橡胶隔震支座具有协调上部结构温致变形、地震作用下可耗能复位等优势,但往复荷载作用下其力学性能退化显著。文章建立考虑支座性能退化的滑移铅芯橡胶支座精细数值模型,开展不同竖向压力、加载频率、加载位移幅值时滑移铅芯橡胶支座压剪力学性能分析,并基于支座试验结果验证模型的准确性,进一步探明支座性能退化对隔震桥梁地震响应的影响。结果表明：竖向压力增大会改变滑移铅芯橡胶支座的滞回力-位移关系,从而提升其耗能性能;加载频率对摩擦力的影响随加载频率增大而显著减小;加载位移幅值越大,支座单周耗能能力、等效刚度随滞回周期的增加减小越显著;相比已有数值模型,考虑支座性能退化的精细数值模型分析结果与试验结果吻合更好,模型误差显著减小。隔震周期越大,支座性能退化对隔震桥梁地震响应的影响越显著,应在隔震结构设计与性能分析中予以关注。     

近断层区桥梁组合使用板式橡胶支座和黏滞阻尼器方法探讨

选择具有脉冲性质的近断层区地震动记录和无脉冲地震动记录作为地震输入,考察了近场脉冲型地震动对我国常见的板式橡胶支座类型桥梁地震反应的影响。针对国内外抗震规范及学者提出的橡胶支座与黏滞阻尼器组合使用方法,研究了近场脉冲型地震动作用下板式橡胶支座桥梁组合使用黏滞阻尼器的减震效果,探讨了橡胶支座与黏滞阻尼器组合使用时可能存在的问题。结果表明,近场脉冲型地震动对桥梁结构地震反应影响明显,显著增大了板式橡胶支座桥梁的墩柱地震力、梁体地震位移及梁体残余位移;组合使用黏滞阻尼器方法虽能一定程度上控制梁体地震位移及残余位移,但同时以增大墩柱地震反应为代价;近场脉冲型地震动作用下,板式橡胶支座桥梁支座滑动后整桥体系缺乏自恢复力、震后存在梁体残余位移,组合使用黏滞阻尼器无法根本解决,可在支座与墩、梁间设置连接措施加以改善。     

竖向地震对板式橡胶支座滑移效应的影响

为了探究竖向地震动对板式橡胶支座滑移效应的影响,并讨论现行规范中竖向地震动规定的合理性,利用OpenSEES中平滑动支座单元模拟支座的滑移行为,选取了11条典型地震记录,针对某典型桥例,分别按照不考虑竖向地震、考虑实际竖向地震记录和按细则考虑竖向地震三种模式展开对比研究,并同时分析支座滑移摩阻系数的影响规律。结果表明:竖向地震会大幅增加支座的滑移位移响应,最大位移比可达2.59,且随摩阻系数的增大,竖向地震的影响也越大;竖向地震一般会降低墩柱的变形曲率,尤其是纵桥向曲率,且受摩阻系数取值的影响较大;不考虑竖向地震对求解支座滑移位移是偏不安全的,但对求解墩柱曲率是偏安全的。按照细则的做法,即通过对水平地震进行折减来考虑竖向地震,可以得到较可靠的计算结果。     

考虑铅芯橡胶隔震支座力学性能退化的基础隔震结构地震作用研究

针对铅芯橡胶隔震支座在长周期长持时地震作用下由于铅芯温度上升发生力学性能退化的问题,通过压剪设备对铅芯橡胶隔震支座进行了快速水平往复力学性能试验,研究其在快速往复加载下水平剪切力学性能的变化。试验结果表明,铅芯橡胶隔震支座在快速往复荷载作用下,随着加载次数的增多,其特征强度显著下降,且前期下降的幅度比后期大,屈服后刚度在加载过程中变化较为平缓。然后基于试验结果,采用改良的广义Bouc-Wen模型,提出了铅芯橡胶隔震支座在快速水平荷载下力学性能退化的力学模型,然后基于铅芯橡胶隔震支座性能退化的力学模型,对一实际隔震结构进行仿真,研究该结构在长周期长持时地震作用下的动力响应。仿真结果表明考虑支座退化效应得到的隔震层位移和层间位移角不仅比不考虑支座退化效应得到的大,且最大值已超出设计允许范围,因此在基础隔震设计时建议要考虑铅芯橡胶隔震支座在长周期长持时地震作用下力学性能退化情况。     

双柱式简支-桥面连续梁桥横向地震碰撞和防撞措施分析

地震作用下,结构的碰撞问题是影响结构地震反应和抗震性能的一个重要因素。本文针对简支-桥面连续梁桥在横桥向地震作用下主梁与抗震挡块间的碰撞行为,建立了考虑支座非线性、墩柱弹塑性以及桩土相互作用的碰撞模型。在此基础上分析了主梁与抗震挡块间的碰撞效应,探讨了减轻碰撞的措施和方法,并比较了两种措施的防撞效果。结果表明:主梁与抗震挡块间的碰撞不仅产生巨大的碰撞力,还会增大桥墩的地震需求,对结构抗震不利;在抗震挡块内侧安装橡胶缓冲垫和采用铅芯橡胶支座均能减小碰撞力、墩顶底的剪力和塑性转角,但后者的防撞效果更好。     

挡块对连续梁桥横向地震响应的影响对比研究

为了研究挡块对桥梁横向地震响应的影响,选取了3座墩高配置不同的连续梁桥,建立了考虑桥台-背土相互作用、支座摩擦效应和挡块力学本构的非线性分析模型,采用时程法对比了在无挡块、弹性挡块、X型钢挡块和钢筋混凝土挡块工况下3座桥梁地震响应的变化。研究表明:限位能力越强的挡块对下部结构地震响应的影响越不利,钢筋混凝土挡块因易发生强度和刚度退化,影响相对最小;挡块会使不等墩高连续梁桥原本均匀分配的惯性力重新集中于矮墩,造成矮墩设计困难;当地震动较小时,采用钢筋混凝土挡块一方面具有较好的限位能力,另一方面对下部结构地震响应的影响也最小,但当地震动较大时,钢筋混凝土挡块几乎不起作用,钢挡块可发挥更好的限位作用。     

中小跨径板式橡胶支座梁桥横向抗震设计研究

为提高中小跨径板式橡胶支座梁桥在强震作用下的横向抗震性能,在总结汶川震区该类梁桥震害特点和国内外桥梁抗震设计规范中相关抗震设计策略规定的基础上,归纳当前我国板式橡胶支座梁桥横向抗震体系存在的问题,提出适合我国中小跨径板式橡胶支座梁桥的横向抗震设计方法,即允许上、下部结构连接构件牺牲的准隔震设计方法,介绍该抗震设计方法设计思想,给出在两设防水准下结构各部件的性能目标要求。选择一座典型板式橡胶支座简支梁桥为研究对象,基于文中抗震设计方法的设计思想,提出采用新型隔震系统对计算桥例进行准隔震设计。结果表明：通过对横向限位装置力学性能参数的合理设计,通过桥梁结构在强震作用下板式橡胶支座的滑移、横向限位装置的损伤或牺牲,控制上、下部结构间传递的梁体惯性力,保护墩柱和基础等下部结构免遭严重损害,同时能有效控制墩梁相对位移,防止过大的梁体移位导致的交通阻断、甚至落梁。     

考虑橡胶支座随机性下隔震与非隔震近海桥梁地震易损性对比

针对目前在隔震桥梁地震易损性分析中隔震支座性能参数随机性研究薄弱、从失效概率的角度开展隔震与非隔震桥梁对比研究缺乏的现状,详细统计分析了橡胶隔震支座力学性能参数的不确定性,建立了近海隔震与非隔震桥梁非线性动力分析模型。在考虑支座参数、地震动及桥梁结构不确定性的基础上,利用拉丁超立方抽样分别生成90个结构-地震动样本对。利用Sap2000有限元软件对每个样本对进行非线性动力时程分析,通过对大量数据的回归分析,得到桥墩、支座的易损性曲线,进而对隔震前后结构的地震易损性进行了对比分析。结果表明：在同一破坏等级相同地震作用下,非隔震桥墩的失效概率大于隔震桥墩,非隔震支座破坏的概率大于隔震橡胶支座|采用隔震技术后,桥墩发生严重破坏和倒塌的概率极低,震后可修复的概率很大|而非隔震桥墩发生严重破坏的概率最大,说明其震后可修复的概率很小而产生不可修复损伤的可能性极大。     

基于有限位移的中小跨径梁式桥抗震概念设计

以中小跨径梁式桥的抗震设计方法为研究对象,对汶川地区的中小跨径梁式桥进行了系统、全面的震害调查,总结了梁式桥的震害形式,采用统计分析的方法分析了各类构件的损伤情况,探明了汶川地震中梁式桥具有主梁移位多、支座、挡块震害多、桥墩震害少、主梁落梁少的显著特点;通过振动台试验和数值模拟方法,对梁式桥梁震害的机理进行了研究。结果表明,主梁与板式橡胶支座间的相对滑动起到隔震作用,减小了桥墩的地震内力响应,明显减少了桥墩震害,桥面连续协调了主梁位移,桥台约束了主梁的纵向位移是汶川地震中落梁少的主要原因。根据中小跨径梁式桥震害分析和机理研究,提出了利用主梁与支座间产生有限相对滑动、减小上部结构加速度响应,减少桥墩损伤的抗震设计概念。     

基础隔震大跨异形钢连廊连体结构地震易损性分析

针对地震中大跨连廊与主体结构连接处容易破坏的特征,以某大跨异形钢连廊连体结构为研究对象,开展基础隔震与非隔震连体结构的地震易损性对比分析.首先,对原连体结构进行基础隔震设计,并采用有限元软件SAP2000分别建立隔震与非隔震连体结构的数值模型.然后,定义隔震连体结构中框架-剪力墙结构、连廊橡胶支座端、连廊预埋锚固端和基...     

非一致氯离子侵蚀下近海桥梁时变地震易损性研究

近海桥梁往往处于氯离子空间分布不均匀的复杂环境,在服役过程中往往会遭受非一致氯离子侵蚀,导致材料及结构性能不断退化,降低桥梁抵御地震的能力。为研究非一致氯离子侵蚀下桥梁地震损伤风险变化规律,文章以氯离子扩散规律及钢筋锈蚀机理为基础,基于Duracrete模型及以往试验结果,确定不同环境参数及锈蚀参数的概率分布类型及统计特征,建立钢筋及混凝土材料退化规律。结合地震易损性分析理论,建立非一致氯离子侵蚀环境下桥梁时变地震易损性评估流程。随后,以一座多跨连续梁桥为例,分析退化桥梁抗震能力变化特征,研究不同构件的地震损伤时变规律。研究结果表明,氯离子侵蚀下的桥墩截面抗弯承载力和曲率延性均表现出明显的退化,并且曲率延性退化程度高于抗弯承载力。非一致氯离子侵蚀会导致桥墩损伤分布发生演变,桥墩易损位置可能从墩顶、墩底转移至低水位处。随着服役时间增加,桥墩损伤概率明显增大,而支座、挡块及桥台的损伤概率略有降低。     

基于试验的大跨异形钢连廊连体结构地震易损性分析

为研究大跨异形钢连廊连体结构的地震易损性,以某实际工程为研究背景,首先分别定义连体结构中的框架剪力墙结构、橡胶支座端和预埋锚固端的极限状态与损伤指标,并采用有限元软件SAP2000建立分析模型。其次,根据结构所在的场地条件,选取了24条地震动记录,并对结构进行三向地震激励下的增量动力分析。在此基础上,以最大层间位移角、橡胶支座的剪切应变和预埋锚固端的损伤因子作为结构地震需求参数,以地面峰值加速度作为地震动强度参数,根据增量动力分析的结果,得到大跨异形钢连廊连体结构的地震易损性曲线。最后,采用振动台试验对易损性分析结果进行验证。结果表明：在8度罕遇地震时,主楼、附楼I、橡胶支座端及角钢预埋锚固端发生毁坏的超越概率分别为0.8%、0.3%、0及47.7%,整体结构发生毁坏的超越概率上界为48.4%,下界为47.7%。这说明用局部结构的地震易损性来评价整体结构的地震易损性是偏于不安全的。易损性分析结果也显示连体结构易发生损坏的部位依次是预埋锚固端、主楼、附楼I和橡胶支座端,这与振动台试验结果相同。建议在设计中加强连体结构的锚固端,保证其可靠连接。     

双室薄壁钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究

根据某实际跨海大桥工程双室薄壁钢筋混凝土桥墩,设计了1∶10的双室薄壁钢筋混凝土桥墩试验模型,进行了水平低周往复加载试验,评价了其整体抗震性能,确定了模型桥墩的开裂弯矩、初始屈服弯矩、完全屈服弯矩及极限承载力,并分析了桥墩的破坏形态、刚度退化情况、桥墩纵筋应变变化情况、加载装置摩擦力的影响。试验结果表明:双室薄壁钢筋混凝土桥墩抗震性能良好,破坏为延性破坏,根据模型桥墩试验结果确定实际桥墩的开裂弯矩、初始屈服弯矩、完全屈服弯矩及极限承载力与有限元分析结果基本一致,验证了实际桥墩结构设计的准确性,保证结构安全可靠。     

空心墩地震损伤评估及性能水准量化研究

准确量化空心墩损伤状态是确定其抗震性能水准的基础,也是基于性能抗震理论的重要研究内容。为此,基于19个空心墩拟静力试验结果,对空心墩损伤特点、破坏机理进行深入细致分析,确立空心墩性能水准划分及其与各性能指标的量化关系,并根据各墩损伤演化曲线探讨既有损伤模型对空心墩震损评估的适用性。结果表明:与实心墩相比,空心墩弯剪耦合效应显著,塑性损伤范围更广,纵筋屈曲及核芯混凝土压溃现象更严重;由于墩身截面刚度变化,圆端空心墩易损部位由墩底上移至倒角上缘附近;利用裂缝宽度、钢筋/混凝土应变、损伤分量(强度/刚度退化、残余位移)可以较好地量化空心墩基本完好、轻微损伤、中等损伤、严重损伤、控制倒塌五个性能水准;各损伤模型的演化曲线差异显著,相同状态下所得损伤指数离散性较大;Park-Ang模型能够合理描述空心墩加载至中等损伤时的状态,但高估了空心墩严重损伤的程度;曾武华模型与试验结果趋于一致,且离散性较小,可作为混凝土空心墩的地震损伤评估模型。     

混凝土异形柱-钢梁装配式节点受剪性能试验研究

为研究混凝土异形柱-钢梁装配式框架节点核心区的受剪性能,按照预制混凝土异形柱中预埋钢牛腿节点未加强、增配X形筋、增配X形钢板三种方式,分别制作3个预制混凝土异形柱-钢梁节点试件进行拟静力试验,得到其破坏特征、承载力、滞回曲线、刚度退化、耗能能力等抗震性能指标。由节点剪切变形、节点区钢筋应变、钢板应变测量结果,分析了不同牛腿加设方式对节点核心区受力性能的影响。结果表明：试件位移延性系数在3.22~5.94之间,破坏时位移角都超过1/50,抗震性能良好;牛腿内侧加设的X形钢筋与X形钢板均与节点核心区混凝土协同受力,可有效提高节点核心区受剪承载力。采用有限元软件ABAQUS对采用X形钢板增强的试件进行了数值模拟和参数分析,依据试验分析结果,推导出X形钢板增强的预制异形柱-钢梁混合装配式框架节点核心区受剪承载力计算公式,计算结果与试验实测值和有限元模拟值吻合较好。     

铅芯橡胶支座用于龙江大桥引桥隔震效果分析

减隔震设计逐渐成为结构抗震设计的重要方法,本文以云南省龙江大桥保山岸引桥为例,对使用了铅芯隔震橡胶支座的减震方案与传统的抗震方案进行了分析比较。验证了在高震区使用铅芯橡胶支座对桥梁进行减隔震设计,与传统的硬性抵抗方式相比,在经受大震时,墩柱所受到的剪力和弯矩值可以大幅降低。     

形状记忆合金丝约束RC墩柱抗震性能试验研究

为增强RC墩柱在强震作用下的耗能、变形及自修复能力,实现震后桥梁结构功能的快速恢复,该文采用超弹性形状记忆合金(shape memory alloys, 简称SMA)丝约束RC墩柱,并通过试验研究水平循环荷载作用下SMA丝约束RC墩柱的抗震性能。试验制作6个SMA丝约束RC墩柱试件和1个普通RC墩柱试件,通过低周往复加载,分析SMA丝配置率和预应力水平对RC墩柱抗震性能的影响,包括破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性、刚度和耗能。研究结果表明：相比普通RC墩柱的剪切破坏,SMA丝约束RC墩柱的破坏模式转变为具有一定延性的弯剪破坏或剪弯破坏;随着SMA丝配置率的增大,RC墩柱的抗剪承载力、延性和耗能能力均有所提升,抗震性能得到增强;预应力丝材提供更大的约束力,分担更多的剪力,提高核心混凝土的变形能力,增强RC墩柱的抗震性能。研究成果将为RC墩柱的加固和震后快速恢复提供新思路和试验基础。