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。     

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。     

考虑支座及挡块力学性能退化的桥梁横向地震响应分析

板式橡胶支座的摩擦滑移特性及横向挡块力学性能是影响中小跨径梁桥横向抗震性能评价的重要因素。通过循环水平加载试验,考虑橡胶材料、竖向压应力及加载速率等参数,探讨了板式橡胶支座摩擦滑移特性及滑移后力学性能;在此基础上,对一座三跨预应力混凝土连续梁桥模型进行动力增量分析,分析了板式橡胶支座的滑移损伤及挡块力学性能退化对横桥向地震响应的影响。结果表明:循环水平荷载作用下的板式橡胶支座会因摩擦滑移而发生一定损伤,不同影响因素下损伤情况不同,但其摩擦滑移特性均会逐渐趋于稳定;板式橡胶支座摩擦滑移损伤及挡块的力学性能退化对横桥向地震响应影响较大,且其相互影响,在中小跨径梁桥抗震分析中应同时考虑。     

新型滑移挡块的设计、试验及防震效果研究

针对目前国内桥梁挡块抗震效果低下的现状,结合"限位"和"传力"两个性能指标提出了一种新型的防震挡块。对常规挡块和新型挡块的抗震性能进行了拟静力对比试验研究,根据实测力-变形曲线建立了两种挡块的简化滞回分析模型,并用于实桥防震效果的对比分析。结果表明:新型挡块在破坏时相对盖梁/台帽发生了大位移的滑移剪切现象,盖梁与台帽基本完好无损,有利于震后修复或替换;与常规挡块发生斜截面脆性剪断破坏相比,新型挡块的极限变形能力和变形延性系数大幅提高;在防震效果上,新型挡块对主梁侧移及橡胶支座的剪切变形限制能力更好,在中小地震下,新型挡块对墩柱地震响应的影响更小;在大震下,新型挡块依靠良好的变形延性能力可在主梁产生更大侧移的情况下保护支座,防止落梁。     

考虑支座摩擦滑移的中小跨径桥梁抗震设计方法

通过对比中国、美国、日本中小跨径桥梁结构体系, 分析中国汶川地震和美国北岭地震、日本阪神地震中桥梁震害的差异以及中国汶川地震中桥墩破坏率较低的原因, 发现美国加州桥梁结构形式主要是框架式桥墩, 日本桥梁采用钢支座为主的支承体系, 而中国中小跨径桥梁主要采用板式橡胶支座, 中国公路桥梁抗震设计中直接引用国外抗震规范存在问题;结合板式橡胶支座与铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座和摩擦摆支座地震作用下耗能特点的不同, 提出中国广泛采用板式橡胶支座的中小跨径桥梁, 在抗震设计时支座可作为保险丝式单元优先损坏;参考美日两国的桥梁抗震设计方法, 给出了中国中小跨径桥梁考虑支座摩擦滑移的抗震设计方法, 建议中国中小跨径桥梁地震作用下利用板式橡胶支座摩擦耗能的特点, 通过支座摩擦滑移、最小支承长度和防落梁装置, 实现桥梁多道设防、分级耗能的抗震性能设计方法;最后给出了地震作用下桥梁纵桥向和横桥向相应的性能破坏模式, 并探讨了需要进一步研究的问题.     

高烈度震区大跨径中承式钢箱系杆拱桥减隔震技术研究

为了研究高强度地震作用下大跨径中承式钢箱系杆拱桥地震响应及减隔震技术,以西双版纳黎明大桥为工程背景,选取类似场地的实际地震动记录作为输入地震波,采用非线性时程分析法,研究支座类型及参数变化对拱桥结构的减隔震效果。结果表明：相比于普通支座,减隔震支座能大幅降低结构内力,但纵向位移有所增加,且摩擦摆支座的减隔震效果要强于铅芯橡胶支座;摩擦摆支座+黏滞阻尼器联合抗震体系能够有效降低纵向和横向位移,进一步能提升桥梁的抗震性能;对联合抗震体系进行参数敏感性分析可知：最佳的参数范围是：摩擦因数为0.04,曲率半径在3 200～4 200 mm,阻尼系数为6 000,阻尼指数在0.2～0.4;在最优抗震体系下,结构位移和内力均显著降低,最大减震率分别达到了75.3%和82.3%,表明该体系大幅提高了拱桥抵抗地震的能力,为同类桥梁减隔震设计提供参考。     

板式橡胶支座力学模型参数的时变特性研究

为明确板式橡胶支座力学模型参数的时变特性。以收集到的服役时间分别为3年、7年、10年、25年的公路桥梁板式橡胶支座为研究对象,开展压剪试验,分析支座使用时间对刚度、摩擦因数等力学模型参数的影响规律。试验结果表明:随着使用时间的增加,板式橡胶支座剪切刚度出现不同程度的退化,剪切刚度与使用时间呈非线性关系;临界滑移位移与使用时间未有明显的关系;摩擦因数随使用时间的增加而增大,并与使用时间呈非线性关系;基于剪切刚度及摩擦因数与使用时间的函数关系,提出了考虑板式橡胶支座力学参数时变特性的力学分析模型。     

不同约束体系曲线梁桥震害调查及损伤模式分析

为明确地震作用下曲线梁桥震害成因、结构传力机制及薄弱部位,对采用不同约束体系的曲线梁桥进行震害调查及损伤模式分析。归纳总结了汶川地震中采用不同约束体系的曲线梁桥震害;采用非线性时程方法,对比分析了不同水平地震动作用下不同约束体系曲线梁桥构件损伤状态及损伤顺序,探讨了不同约束体曲线梁桥传力机制及耗能机制。研究结果表明:曲线梁桥典型震害主要表现为主梁刚体移位,并伴有转动,主梁移位易导致其与桥台、挡块等发生碰撞,抗震分析中应考虑主梁双向碰撞效应的影响;约束体系为桥梁系统关键薄弱部位,在地震作用下易发生损伤,可将其设计为"保险丝式"单元;不同约束体系曲线梁桥的震害表现及传力机制差异明显,主要取决于约束体系的力学特性,对于采用橡胶支座的桥梁应设置合理限位装置,设置固定墩的桥梁应加强桥墩塑性铰区设计。     

X形弹塑性钢挡块对简支梁桥横向地震反应影响

为研究X形弹塑性钢挡块对桥墩横向地震响应影响,以简支梁桥为背景建立有限元模型。采用非线性时程方法分析弹塑性钢挡块屈服强度、桥墩高度、板式橡胶支座临界滑动力对桥墩地震响应影响。研究表明:与横桥向不采用任何约束相比,弹塑性钢挡块可有效减小墩梁间相对位移;与横桥向采用刚度及强度较大混凝土挡块相比,弹塑性钢挡块可有效减小桥墩剪力及弯矩。桥墩地震反应受弹塑性挡块屈服强度、墩高及板式橡胶支座临界滑动力影响较大。     

柱式柔性墩隔震梁桥结构地震易损性分析

对柱式柔性桥墩刚度较小下部构件结构形式的中小跨径桥梁,利用铅芯橡胶支座双线性恢复力特性,通过调节桥梁下部结构整体刚度,改变地震力在不同墩柱间的分配可提升桥梁整体抗震能力。定义桥梁损伤的5种状态,归纳出以曲率延性判定5种损伤水平的量化指标,并与桥墩墩顶位移相关联。选典型桥梁建立有限元模型进行动力弹塑性分析,将隔震改造前后桥梁墩顶位移概率需求与地震易损性进行对比。分析表明,采用柔性桥墩的梁桥结构进行合理隔震改造后,只要保证隔震支座体系正常运行,桥梁整体在大震作用下的抗震水平可明显提升。     

板式橡胶支座滑动的地震响应分析

支座是桥梁中的支承部分,是连接桥梁上部结构和下部结构的重要构件,板式橡胶支座常直接放置于墩顶,水平力传递完全靠接触面间的摩擦力作用,在地震作用下可能会发生滑动。通过建立单墩计算模型,对板式橡胶支座滑动的动力性能进行分析。为了克服由于板式橡胶支座滑动引起的梁体移位震害的不足,以一连续梁桥为研究背景,利用Midas软件进行了非线性时程反应分析,探讨目前板式橡胶支座桥梁所存在的问题,提出将梁桥中对称桥墩处改置一铅芯橡胶支座的地震位移控制方法。结果表明：该方法能够有效地控制支座以及其上梁体的地震位移,减少落梁震害的发生。     

碰撞效应对非规则梁桥横向地震反应的影响

摘要：通过考虑上部梁体与防震挡块间的横向碰撞效应,采用线性和非线性时程分析法对非规则梁桥横向地震力的分布规律进行了对比研究。研究表明：板式橡胶支座的采用有利于减轻由于墩高不一致带来的非规则梁桥横向剪力分布不均的困扰,但同时增加了主梁与挡块间横向碰撞的机率;碰撞效应的考虑不仅使桥梁结构动力响应增大,而且造成各墩受力重新趋于不均。最后通过参数分析,探讨了不同碰撞条件下非规则梁桥横向地震力分布的变化规律,得到了有益的结论。     

考虑板式支座滑动效应的桥梁振动台试验研究

在地震作用中,板式橡胶支座的滑动现象普遍存在,并可能导致梁体移位过大、梁体碰撞甚至落梁等一系列的连锁反应。通过试验对板式橡胶支座的滑动问题进行了研究;试验结果表明:高速公路典型桥梁中板式橡胶支座在还未达到设防地震作用就会发生滑动,很难满足《公路桥梁抗震设计细则》中规定的板式橡胶支座在地震作用下不允许发生滑动的要求;板式橡胶支座上表面先与下表面发生滑动,并且支座上表面滑动也更为频繁、尺度也更大;板式橡胶支座的滑动具有一定的隔震作用,可有效减小桥梁结构的地震反应,但这种隔震作用极不稳定;下部结构的大变形会使支座发生卡压,阻止其滑动位移的进一步扩大,间接发挥了防落梁作用。试验中板式橡胶支座间存在不均匀受压,导致部分桥墩受力过大而提前失效。     

含新型滑移支座的并联隔震建筑实时混合模拟试验研究EI北大核心CSCD

滑移隔震支座是性能稳定、构造简单的隔震装置,介绍了一种摩擦界面涂有二硫化钼的新型滑移支座。为了解滑移支座的摩擦性能及含此支座的并联隔震建筑的隔震效果,对支座进行了拟静力试验、实时混合模拟试验和数值模拟。拟静力试验表明滑移支座的摩擦系数与水平加载频率及压强存在相关性。以滑移支座为试验子结构、铅芯橡胶支座及上部结构为数值子结构,进行了实时混合模拟试验,研究了滑移支座在地震作用下的响应,并通过与有限元模拟结果的对比,评估了并联支座的隔震效果。结果表明,采用新型滑移支座和铅芯橡胶支座的并联隔震结构具有良好的隔震效果。     

混凝土空心板梁桥地震损伤指标分析

混凝土空心板梁桥,由于其构造特性以及受力的合理性,同时在适应街道环境方面有特有的优势,所以成为城市桥梁中被应用最广泛的桥型;而且根据以往的震害经验也可以知道,一些建设年代比较久远以及地质条件较差的混凝土空心板梁桥,是城市桥梁中的抗震薄弱环节。为此,该文针对混凝土空心板梁桥的性能水平,对其进行了损伤分析,确定其在地震发生时的易损构件有桥墩墩柱和支承连接装置;并以墩柱的延性为控制参数,定义了桥墩墩柱的损伤指标,同时以相对位移延性比为控制参数,定义了板式橡胶支座的损伤指标。     

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。     

并联基础隔震框架在竖向压应力变化时的隔震层性能分析

介绍了可以计算摩擦滑移支座受竖向力变化影响的有限元时程分析程序.研究了橡胶隔震垫与摩擦滑移板并联的组合式基础隔震层的动力特点和适用性,以3层框架为例分析了整体倾覆力矩、支座竖向差异变形对并联的组合式隔震层的影响;给出了隔震层位移曲线与摩擦支座竖向压力变化曲线.计算分析表明,由于摩擦滑移板竖向压应力的变化,引起隔震层水平动力性能产生变化,在设计中应予考虑.     

不同剪切变形下橡胶隔震支座竖向压缩刚度试验研究

针对橡胶隔震支座,研究了其在不同水平剪切变形状态下的竖向压缩刚度理论计算方法,基于双弹簧模型,提出了改进的不同剪切变形状态下橡胶隔震支座竖向压缩刚度理论计算公式。采用建筑结构中常用的第二形状系数S 2=5系列(G4)天然橡胶支座及铅芯橡胶支座,进行了不同压应力及不同剪切变形下的压缩性能试验,通过试验研究不同水平剪切变形状态下的橡胶隔震支座竖向压缩刚度。研究结果表明:橡胶隔震支座竖向压缩刚度随剪应变增大而减小,随设计压应力增大而增大;在设计压应力相同的条件下,橡胶隔震支座竖向压缩刚度随压应力变化范围的增大而减小;基于橡胶隔震支座有效承载面积的公式虽能反映支座竖向压缩刚度随剪应变增大而减小这一趋势,但与试验结果相比误差较大;既有的基于双弹簧模型的竖向压缩刚度计算公式计算精度优于基于有效承载面积的竖向压缩刚度计算公式,但在150%以上剪应变时,也存在误差较大的问题;提出的改进的基于双弹簧模型的不同剪切变形状态下橡胶隔震支座竖向压缩刚度计算公式与试验结果吻合较好,与既有基于有效承载面积计算橡胶隔震支座竖向压缩刚度和基于双弹簧模型的计算橡胶隔震支座竖向压缩刚度的公式相比较,具有较高的计算精确度。     

考虑支座及限位装置非线性的接触摩擦单元模型

在连续梁桥活动墩上设置限位装置后,活动墩处将包含活动支座的摩擦及限位装置的接触碰撞两种非线性,综合摩擦单元及接触单元的特性,分别考虑接触单元的弹性及弹塑性情况,提出了接触摩擦单元的有限元模型,给出了接触摩擦单元的滞回曲线,针对卸载曲线的不同状态,分别推导出了其卸载刚度;利用接触摩擦单元对设置有分散抗震挡块及活动摩擦支座的连续梁桥进行了非线性地震反应分析,对挡块在降低连续梁桥固定墩地震反应上的分散抗震作用进行了研究,该接触摩擦单元可用于设置有防落梁装置及活动支座桥梁的较为细致的抗震分析模型。     

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。