橡胶支座压缩剪切变形状态的竖向性能试验研究

通过对不同参数的橡胶支座在压缩剪切变形状态下的竖向性能进行了试验,分析了在压缩剪切变形状态下偏压竖向刚度以及竖向变形量等特性。得出在全面评价橡胶隔震支座特性时,单纯压缩竖向刚度不足以全面反应橡胶隔震支座的竖向压缩性能。以及竖向压力相关的变形与剪切应变相关的竖向变形的一些特点。     

桥梁隔震橡胶支座竖向压缩刚度不确定度分析研究

竖向压缩刚度是桥梁隔震橡胶支座的关键力学性能指标之一，对于支座质量的控制至关重要，因此，对其测量不确定度的研究意义重大。依据国标《橡胶支座第1部分：隔震橡胶支座试验方法》(GB/T 20688.1-2007)和《测量不确定度评定与表示》(JJF 1059.1-2012),对桥梁隔震橡胶支座竖向压缩刚度测量不确定度来源进行了分析，计算了各个不确定度分量的具体数值，合成为最后的不确定度。     

考虑摩擦滑移的普通板式橡胶支座剪切性能研究

普通板式橡胶支座作为中国量大面广的公路钢筋混凝土梁桥结构体系中的重要支承构件,其力学性能对局部和整体结构的刚度分布和受力变形特点具有一定的影响,甚至影响服役公路桥梁结构的安全性和适应性。因此,针对桥梁服役过程中该类支座普遍存在的滑移、脱空等典型病害特征,研究其不同受力状态下的剪切性能。考虑支座界面接触方式、几何尺寸等参数,设计并进行了6个普通板式橡胶支座的剪切性能试验。对不同参数影响下支座的损伤破坏模式、剪应变-剪应力曲线、支座有效剪切应变及抗剪刚度等参数进行对比分析。进一步应用有限元数值模拟方法,对摩擦滑移下的支座剪切性能进行参数分析,并将其有限元分析结果与普通板式橡胶支座的剪切性能试验结果进行对比。研究结果表明,支座上、下表面的接触摩擦条件可明显影响支座的水平侧移和抗侧力。对于界面摩擦因数较小的情况,卸载后支座摩擦滑动位移不能完全恢复,随着循环加载次数的增加,摩擦滑动位移增幅增大,且支座界面摩擦滑移可降低支座有效剪切变形和抗剪刚度的发挥。0.5,0.7,1.0等效剪切变形下支座的抗剪刚度试验结果、模拟结果与理论计算结果对比表明,试验结果与模拟结果吻合较好,而既有抗剪刚度理论计算结果偏大,且未考虑支座界面摩擦滑移、脱空的影响。因此,在进行实际桥梁结构的力学性能计算时,应考虑不同受力阶段支座力学性能指标的取值。     

双层连续梁桥等效线性化方法隔震分析

为了在现行桥梁设计软件上进行连续梁桥的隔震分析,模拟铅芯橡胶隔震支座在地震、温度荷载作用下的非线性,研究了采用等效线性化方法进行桥梁隔震分析的步骤与精度。假设支座初始刚度,加载计算支座的相对位移,并得到支座水平刚度,经过反复迭代得到铅芯橡胶隔震支座的等效刚度。在此基础上将体系简化成线性系统按弹性方法进行计算,以安装了铅芯橡胶隔震支座的双层连续梁桥为例,分别计算等效模型和非线性模型在水平地震、均匀升温、横向风荷载和制动力作用下的响应,并讨论了等效线性化方法计算时的相关问题。与非线性分析结果比较,等效线性化法可以模拟水平地震和温度荷载作用下支座的非线性,结果满足桥梁工程的精度要求。隔震支座在横向风荷载和制动力荷载作用下一般不会屈服,使用第一刚度计算即可。     

三维隔震连续梁桥模型结构地震模拟振动台试验

为发展作者研发的新型三维隔震装置,研究不同强度、不同特性地震作用下三维隔震连续梁桥的地震响应和三维隔震效果,设计并制作了一座1/25缩尺比例的三维隔震三跨连续梁桥和单跨水平隔震梁桥模型结构,设计了适合于桥梁模型的三维隔震支座和常用普通叠层橡胶隔震支座。在此基础上,对三维隔震连续梁桥和水平隔震单跨梁桥进行水平和竖向地震模拟振动台试验。研究结果表明:在几乎所有地震作用过程中,所研发的三维隔震支座能安全、有效地发挥作用,试验结束后三维隔震支座没有发生损坏。水平地震作用下,无论地震强度大小三维隔震支座和水平隔震支座都具有较好的水平隔震效果,主梁水平加速度减震效果可达50%~80%。近断层脉冲型地震动作用下,铅芯橡胶支座的水平隔震效果明显优于普通叠层橡胶支座。竖向地震作用下,采用普通叠层橡胶支座的单跨梁桥主梁竖向峰值加速度可能会明显放大,最大可能放大近1倍;即使部分地震激励下峰值加速度没有放大,在局部时段仍有明显放大现象,但是采用三维隔震支座的连续梁桥主梁竖向峰值加速度比墩顶竖向峰值加速度一般可减小30%左右,最多可达50%,且基本没有出现局部时段放大现象。三维隔震梁桥在水平和竖向地震作用下都表现出良好的隔震效果,为三维隔震技术在桥梁工程中的应用提供了依据。     

采用复合隔震体系的泖港大桥抗震性能研究

基于上海泖港大桥,采用非线性时程分析方法,对其采用的球钢支座并联叠层橡胶支座的复合隔震体系进行了抗震性能分析。结果表明:边墩处与主墩处叠层橡胶支座刚度比为1∶3,同时,支座刚度分别为16 000 k N/m与48 000 k N/m时,结构响应最为合理,全桥抗震性能满足要求。该桥采用的复合隔震体系利用了球钢支座的摩擦耗能性能和叠层橡胶支座的水平剪切性能,具有受力明确、构造简单、经济可行、减震效果好的特点,具有较大推广应用价值。     

高性能板式减震橡胶支座竖向刚度研究

为探究高性能板式减震橡胶支座竖向刚度的影响因素及规律,得到该支座竖向刚度的简化公式,对不同构造的高性能板式减震橡胶支座进行竖向刚度试验,并建立其实体有限元模型,对支座抗压弹性模量受2个形状系数的影响规律进行参数分析。然后,在现有纤维加劲橡胶支座的抗压弹性模量Tsai-Kelly理论公式与Toopchi-Nezhad修正方法的基础上,用得到的抗压弹性模量数值解对Toopchi-Nezhad修正抗压弹性模量公式中的变量系数进行拟合再修正,得到适用于高性能板式减震橡胶支座的抗压弹性模量理论公式。之后,结合新型支座的常用规格,利用支座抗压弹性模量与第一形状系数的线性拟合,得到其简化经验公式,用于高性能板式减震橡胶支座竖向刚度的计算。结果表明:高性能板式减震橡胶支座的抗压弹性模量会受橡胶层厚度、支座平面面积影响,并随支座第一形状系数S_1的增大而增大,随第二形状系数S_2的增大而减小;建立的新型支座有限元模型可以准确模拟其竖向受力性能;拟合得到的高性能板式减震橡胶支座抗压弹性模量理论公式与有限元模拟结果误差仅5%,可用于该支座竖向刚度的理论计算;经简化得到的经验公式可以用于钢丝直径为1mm,15S_145,2S_26的高性能板式减震橡胶支座的工程设计。     

不同地震烈度下隔震连续梁桥模型振动台试验

为了研究在不同地震烈度下不同类型场地的隔震连续梁桥结构的振动特性和隔震效果,根据一座在建的两跨隔震梁桥,按1/10的比例设计了一座两跨隔震梁桥模型及试验用方形铅芯橡胶支座,并对其力学性能进行试验;在此基础上对梁桥结构模型进行了地震模拟振动台试验。结果表明:地震动的幅度和频谱成分、场地类别、地震烈度、断层等因素对隔震桥梁体系的隔震效果有很大影响;输入不同地震波和不同加速度峰值,小震时铅芯橡胶支座水平刚度较大,结构较稳定,大震时铅芯橡胶支座水平刚度较小,支座恢复力-位移滞回曲线面积较大,可以较多地耗散地震输入能量,减小能量向桥梁上部结构的传递。     

高性能板式减震橡胶支座性能研究

采用理论分析和试验验证相结合的方法,针对一座3联(12跨)不等墩高连续梁桥,对比了高性能板式减震橡胶支座隔震体系和传统板式橡胶支座隔震体系下桥梁结构的动力特性、墩底弯矩、支座位移、支座竖向承载性能和支座复位能力。相较于传统的板式橡胶支座,高性能板式减震橡胶支座隔震结构的自振周期稍有延长、墩底弯矩能需比更大、支座位移响应相差不大,高性能板式减震橡胶支座更能满足抗震需求。     

不同边界约束对橡胶支座受力性能影响研究

橡胶支座是连接桥梁上下部结构的重要构件,其力学性能对上下部结构地震响应有重要影响,但其力学性能会因安装时采用的锚固边界条件的不同而存在差异。为研究不同边界约束对橡胶支座受力性能的影响,利用有限元软件建立了顶底面锚固、顶面锚固和顶底面均不锚固(无锚固)3种不同边界约束的精细化橡胶支座有限元模型,并通过试验及理论计算验证了所建有限元模型的合理性。随后对具有不同边界约束的支座有限元模型施加竖向力及剪切变形,对比分析了不同边界约束对支座内部应力分布、应力响应值变化等力学性能的影响。结果表明,随剪切变形的增加,支座因受压面积减小而导致内部峰值压应力逐渐增加,不同边界约束下支座的内部峰值压应力增加幅值相差明显,其中采用顶底面锚固的支座增加幅值最大,无锚固边界支座增加幅值最小;在剪切变形作用下,对橡胶支座采取锚固措施会增加支座内部应力响应值,相同水平荷载下,顶底面锚固支座比无锚固支座更易发生橡胶层与钢板间的剥离、撕裂破坏,而且采取顶底面锚固边界约束会增大桥梁结构下部地震力,不利于结构抗震;对于采用无锚固边界约束的支座,随剪切变形的增加,其刚度退化明显,在设计时应考虑因支座支承面处卷曲而造成的有效剪切面减小的影响。     

刚接曲线梁桥荷载横向分布的计算模型

借助于附加的水平刚臂单元，对曲线梁的弯一扭耦合效应进行了分离。这样，才有可能分别导出两类弹簧支承(竖向的和扭转的)的刚度计算公式。在此基础上．建立了能够应用电算程序来分析曲线梁桥荷载横向分布的计算模型。通过实例验证了该模型的正确性．并且这种方法可以大大地简化计算过程。     

白河特大桥主桥抗震性能分析

以白河特大桥主桥为研究对象,采用有限单元法,对其进行抗震性能分析,以提高其抗震能力;运用有限元程序Midas/Civil,结合该桥的结构特点,建立了桥梁的空间有限元模型,对其分别进行自振特性、反应谱和地震波下的时程响应分析。计算结果表明:该桥梁整体刚度较大,整体竖向刚度相对其横向、纵向刚度弱,桥梁振动以竖向振动形式为主;24号桥墩墩底截面受力最为不利,可作为全桥抗震设计的控制截面;并建议在主梁两端支座处需采取一定挡护措施,避免主梁两端在地震中产生横向偏离支座的情况发生。     

铅芯橡胶支座在简支梁桥减隔震中的应用

为研究在高地震烈度区将铅芯橡胶支座应用于简支梁桥的减隔震效果,以水晶大桥为例进行分析.采用ANSYS分别建立隔震状态和非隔震状态的全桥有限元模型,考虑地基桩一土作用效应,取用50年超越概率10％和2％的计算反应谱进行反应谱分析,并取用与反应谱相同超越概率的地震波进行时程分析.分析结果表明:非隔震状态时,该桥在E1和E2地震作用下桥墩的位移和内力均较大,普通板式橡胶支座不能满足强度和变形的要求;采用铅芯橡胶支座隔震后,该桥桥墩的位移和内力得到了有效的减小,取得了良好的隔震效果;采用反应谱法分析隔震桥梁,通过计入隔震构件的等效刚度,能将非线性问题简化为线弹性问题处理.     

沥青混凝土高温摊铺下钢梁支座体系温度效应

沥青混凝土高温摊铺所引起的钢桥正交异性板结构温度效应备受关注,为研究高温摊铺引发的钢梁支座体系温度效应,依托九江长江大桥的公路桥加固改造工程,采用生死单元法模拟了钢桥面沥青混凝土动态摊铺施工过程,建立了密支座钢梁摊铺温度场模型,结合现场温度监测数据确立了高温摊铺下钢梁节段的温度场时空分布规律,在此基础上,仿真模拟了不同工况下钢梁支座体系的力学响应,并剖析了高温摊铺下支座体系温度效应的影响因素。研究结果表明:沥青混凝土高温摊铺下钢桥面板的温度先急剧上升,摊铺完成约12 min后逐渐下降直至稳定,夏季热拌环氧沥青混凝土(摊铺温度为185℃)摊铺下钢桥面板的最高温度达到96.1℃,钢梁节段的竖向最大温差达到55℃;高温摊铺会导致钢梁支座体系产生较大的支反力,摊铺宽度增大,支反力显著提高,当摊铺宽度超过5 m时,支座最大竖向拉力将超出其承载能力,当摊铺宽度超过8 m时,最大横向支反力将超出支座承载能力;对于纵向有连续固定支座的钢梁节段,纵向连续固定支座数目对竖向支反力和横向支反力的影响较小,但高温摊铺时会产生远超支座承载能力的纵向支反力,支座结构存在安全隐患。研究可为类似钢梁支座体系的沥青混凝土摊铺施工方案设计和支座处置提供理论支撑。     

广梧高速公路试验段沥青混合料抗剪性能检验

利用单轴贯入试验和无侧限抗压试验,对广梧高速公路试验段面层沥青混合料的抗剪性能进行了评价和检验。这是一种全新的、区别于以往三轴试验的测试沥青混合料抗剪性能的方法。介绍了单轴贯入试验方法的原理,并对试验段钻芯取样的试件进行了试验,结合室内成型的试件进行了比较。     

流纹岩双轴抗压力学特性及破坏机理研究

在隧道和边坡开挖过后,其边界部分位置的岩石近似处于双轴受压状态。通过对泥巴山隧道流纹岩试件的双轴压缩试验,均表现出明显的脆性,部分双轴高侧压试件呈现出一定的塑性;试件的双轴抗压强度呈现出一个增大再降低的过程,发现侧压对弹性模量E的影响并不显著,而侧压对变形模量E50的影响显著;双轴压缩条件下,随着侧向约束的增加,试件破裂时破裂面数量减小,由呈板裂的多个破裂面逐渐向单个破裂面变化。DP3破坏准则与试验结果相关性较好,能够应用于双轴条件下流纹岩强度特性研究。     

平板橡胶支座压剪共同作用时全过程分析

为研究平板橡胶支座在大跨度桥梁结构中的工作性能,采用ANSYS有限元软件,建立4种平板橡胶支座模型,在压剪共同作用下,对平板橡胶支座的受力过程进行分析。分析中考虑大跨结构中产生的水平剪力对平板橡胶支座受力的影响,通过增加螺栓提高平板橡胶支座的水平刚度。分析表明:在大跨度桥梁结构中,平板橡胶支座受到较大水平剪力时的变形很大,最大应力出现在第1层钢板内;通过增加螺栓可有效地减小橡胶支座产生的水平位移,提高其水平承载力。     

贯穿裂隙岩体峰后变形特性研究

岩体峰后变形反映了其峰值强度后屈服、弱化的规律,为探寻规律,用RLW-1000型岩石三轴伺服刚性机,对不同倾角贯穿裂隙圆柱体标准试件进行常规三轴压缩试验,得到贯穿裂隙岩体的泊松比、峰值应变、峰后体积应变等的变化规律.经试验数据分析表明:峰后软化阶段的泊松比最大,峰值前弹性阶段泊松比最小,三个阶段的泊松比值与裂隙倾角基本无关;峰值应变基本随着裂隙倾角的增大而减小;峰后体积应变速率随着裂隙倾角的增大而减小.     

轻质混合土单向压缩固结变形特性分析

通过无侧限抗压强度试验和单向压缩固结试验,对轻质混合土的单向压缩固结特性进行了分析,并采用简化公式对单向压缩固结变形随时间的变化关系进行拟合计算。结果表明:轻质混合土的单向压缩屈服应力与抗压强度为线性关系;在施加荷载没有超过压缩屈服应力的情况下,密度、水泥掺入比不同时,单向压缩固结变形曲线随时间变化的趋势相似,且密度、水泥掺入比对固结变形的影响小于荷载的影响。     

钢管混凝土轴压与纯弯荷载-变形关系曲线实用计算方法研究

在数值计算和试验研究成果的基础上,探讨了钢管混凝土轴压强度承载力和抗弯承载力指标取值问题。在大范围参数分析的基础上,通过分析荷载—变形全过程关系各阶段的力学性能和特点,提出了钢管混凝土轴压σsc ε关系和纯弯M φ关系全过程曲线的实用计算公式,实用计算公式的计算结果与数值计算结果、试验结果吻合较好。最后提出了钢管混凝土轴压强度、抗弯承载力和抗弯刚度的简化计算公式,简化计算公式的计算结果与大量试验结果吻合较好。