中小跨径板式橡胶支座梁桥新型隔震系统

为了解决中国采用板式橡胶支座中小跨径桥梁梁体移位震害严重的问题,在分析汶川地震中这类桥梁横桥向震害现象及破坏过程的基础上,总结板式橡胶支座摩擦试验及X形板弹塑性挡块拟静力试验成果,提出了中小跨径板式橡胶支座梁桥横桥向新型隔震系统。该隔震系统由板式橡胶支座和X形板弹塑性挡块组成,强震作用下通过板式橡胶支座滑动效应和X形板弹塑性挡块屈服减小地震能量输入,同时利用X形板弹塑性挡块传力可靠、滞回耗能能力稳定等特点,控制墩梁相对位移。选择一典型板式橡胶支座简支梁桥为研究原型,对采用新型隔震系统的简支梁桥抗震性能进行了振动台试验验证。结果表明:地震过程中新型隔震系统可大量耗散地震能量,有效控制墩梁相对位移,同时控制传递至下部结构的地震力,确保桥墩及基础免受严重损伤。     

板式橡胶支座梁桥大比例缩尺模型抗震性能试验研究

为研究板式橡胶支座梁桥横向约束体系的减震性能,制作某(30+30)m两跨一联的桥面连续简支梁桥大比例缩尺全桥结构模型,对缩尺模型进行振动台试验,研究无约束自由滑动体系、X形板弹塑性挡块约束体系及钢筋混凝土挡块约束体系的地震反应。试验结果表明:地震动输入过程中,板式橡胶支座、X形板弹塑性挡块及钢筋混凝土挡块均有损伤或弹塑性变形,提供体系的能耗增加;随着地震强度的增加,无约束自由滑动体系中板式橡胶支座发生滑动,梁体出现永久残余位移;设置钢筋混凝土挡块体系的墩梁最大相对位移最小;X形板弹塑性挡块体系能大量耗散地震能量,有效减少墩梁间相对位移以及传递至下部结构的梁体地震力,使桥墩及基础免遭严重损伤,减震性能较好。     

板式橡胶支座连续梁桥横桥向抗震性能研究

板式橡胶支座在我国中小跨径梁桥中应用广泛,主梁通常直接放置在支座上,在地震作用下板式橡胶支座与梁底会发生滑动。基于某板式橡胶支座连续梁桥,采用非线性时程分析方法,探讨只考虑横向挡块的刚性约束作用、只考虑支座的水平剪切刚度及考虑支座与梁底的滑动效应三种模拟方法对结构横桥向抗震性能的影响。结果表明:考虑板式橡胶支座与梁底的滑动效应后,由于两者之间摩擦耗能及滑动后支座的隔震作用,桥墩的地震力有了明显减小,同时主梁位移与支座变形也得到了较好的控制,结构的减隔震效果最好,是一种合理地震模拟方法。同时,为了保证充分发挥板式橡胶支座滑动后的减隔震作用,横向挡块与主梁之间的间隙应预留出支座滑动的位移要求,该结论可供工程实践参考。     

小箱梁桥横向减震体系及其耗能特性

为改善小箱梁桥的横向抗震性能,以三角形钢板为基本耗能构件,提出板式橡胶支座与钢阻尼器组合、板式橡胶支座与钢挡块组合2种横向减震体系,详细阐述了2种减震装置的构造特点和力学特性。钢挡块体系的挡块间隙取板式橡胶支座发生滑动时的位移,以充分发挥支座的柔性减震作用。以一座简支小箱梁桥为例,在成本相同的前提下,研究2种减震装置屈服力变化对减震效果的影响,阐明了减震体系主要力学参数的确定方法,并采用非线性时程反应分析方法,对2种减震体系的耗能特性进行深入分析。选取2条典型的地震动输入,分析了2种减震体系对墩梁相对位移、最大墩底弯矩的影响和各自减震装置的耗能机制。结果表明:地震下钢阻尼器耗能大,通过提供耗能及较大的恢复力能有效控制墩梁相对位移,而钢挡块耗能小,主要通过提供恢复力来控制墩梁相对位移,因而阻尼器体系的限位效果要显著优于挡块体系;在一定范围内,增大钢阻尼器(挡块)屈服力可以显著减小最大墩梁相对位移,但不会明显增大下部结构地震力;当地震动输入在正负方向能量分布不均时,钢挡块体系中梁体频繁撞击一侧挡块,挡块的滞回圈数会显著减少,支座较易遭受地震损伤;而钢阻尼器体系更能适应不同的地震动输入。     

球冠圆板式橡胶支座的性能评价

根据球冠圆板式橡胶支座的设计意图，针对坡梁偏压加载工况，采用通用有限元软件ANSYS对球冠圆板式橡胶支座和平面圆板式橡胶支座的典型代表试件建立FEA模型，进行了数值模拟，并对数值计算结果和试验结果进行了比较，验证了球冠圆板式橡胶支座良好的构件性能，以及利用有限元数值分析手段定性分析橡胶支座性能的可行性。     

填充式钢管阻尼器性能及在桥梁横向减震中的应用

中小跨径桥梁采用板式橡胶支座时，在横桥向地震作用下起到一定的隔震作用，但是墩梁相对位移偏大，主梁容易与挡块发生碰撞，甚至发生横桥向落梁等严重震害。为提高桥梁横向耗能能力，减小地震作用下主梁的侧向位移，研发了一种填充式钢管阻尼器，阻尼器与板式橡胶支座共同组成了桥梁横向减震系统。地震作用下，板式橡胶支座传递竖向荷载并提供一定的横向位移能力，填充式钢管阻尼器通过塑性变形耗散部分输入的地震能量，可以有效减小墩梁相对位移。首先阐明填充式钢管阻尼器的工作机理，试验研究其滞回性能和失效模式，并提出实用简化分析模型。在此基础上，以一座简支小箱梁桥为例，给出填充式钢管阻尼器主要参数的选取过程，分析了主梁和墩顶位移、桥墩与土-结构相互作用力以及填充式钢管阻尼器和桥梁挡块的滞回性能。结果表明：在地震作用下，填充式钢管阻尼器耗能和变形能力远大于钢筋混凝土挡块，附加填充式钢管阻尼器后，墩梁相对位移明显减小，而墩顶位移和墩底内力等变化不大，附加填充式钢管阻尼器后不会对桥墩、桩基等构件产生不利影响。     

再生胶对板式橡胶支座耐久性能影响试验研究

为了探究再生胶对板式橡胶支座耐久性能的影响,通过对掺入不同配比再生胶的板式橡胶支座进行老化试验和压剪试验,测试不同配比和不同老化时间的板式橡胶支座的压剪力学性能,得到不同再生胶配比的板式橡胶支座压剪性能曲线与不同再生胶掺入量下的压剪性能随老化时间变化曲线。试验分析结果归纳出通过检测老化前后的试件的压剪模量力学指标可以用来区分再生胶的掺入量,以达到控制支座早期破坏的目的,与采用化学指标质检过程相比,实用性提高。     

桥梁板式橡胶支座酸腐蚀寿命时变可靠性研究

桥梁板式橡胶支座容易受到酸雨的影响,为了研究板式橡胶支座经过酸腐蚀后的力学性能情况,采用3.0％的硫酸溶液对公路桥梁橡胶支座分别进行20 d、40 d、60 d和80 d的酸腐蚀处理,并进行轴心受压试验研究.结合橡胶支座酸腐蚀损伤失效过程,建立了桥梁板式橡胶支座的酸腐蚀损伤时变可靠度计算模型.结果表明,随着时间的推移,桥梁板式橡胶支座的酸腐蚀损伤时变可靠指标逐渐变小,变化趋势呈抛物线型.通过模型可预测桥梁板式橡胶支座的酸腐蚀寿命,为板式橡胶支座的酸腐蚀损伤计算提供依据,为维护部门提供决策依据,降低失效风险.     

圆板式橡胶支座的性能评价

采用通用有限元软件ANSYS对圆板式橡胶支座的典型代表试件建立FEA模型,针对支座中心加载和坡梁偏压加载工况,进行了数值模拟分析,从有限元仿真分析的角度,定性地解释了圆板式橡胶支座的受力性能,以及利用有限元数值分析手段定性分析橡胶支座性能的可行性。     

基于高阻尼橡胶支座的混凝土连续梁桥减隔震性能

将一种新型的高阻尼橡胶减隔震支座应用在连续梁桥上,以桥墩及桩基抗弯能力和支座位移等性能指标为研究对象,基于数值模型,着重分析非规则混凝土连续梁桥纵桥向的减隔震性能。为使全桥结构的地震需求规则化、均匀化,根据数值分析结果,优化了非规则连续梁桥的减隔震支座设计参数和布置方案,采用连梁装置和纵向限位挡块解决隔震产生的大位移,并对桩基础的设计方案进行了探讨。连续梁桥的减隔震设计兼顾了抗震性能和经济性的总体需求。计算模型考虑了场地土体刚度、支座非线性以及限位挡块的碰撞等,分析结果表明高阻尼橡胶支座具有较好的减隔震性能。     

中小跨度斜交连续梁桥的抗震体系研究

中小跨度斜交连续梁桥普遍采用板式橡胶支座,在地震作用下,主梁与支座间容易发生滑动,同时主梁会发生平面内转动,落梁风险较大。本文以中等烈度区一座3跨斜交连续矮T梁桥为工程背景,建立板式橡胶支座支承的斜交桥有限元模型,采用非线性时程分析方法,进行地震反应特性分析,针对性地提出了板式橡胶支座(允许滑动)+钢阻尼器的组合减震体系,并对提出的减震体系做了位移控制效果分析。结果表明：在地震作用下,斜交桥中板式橡胶支座极易发生滑动,从而增大主梁地震位移并丧失自复位能力,但只要不发生主梁与桥台(挡块)的碰撞,主梁平面内转动的影响可以忽略不计;而板式橡胶支座+钢阻尼器的组合减震体系可以有效控制主梁纵横向位移、并限制主梁平面内转动。     

中小跨桥梁横向抗震挡块的合理设置方式

我国的中小跨径桥梁普遍采用板式橡胶支座并在横向设置抗震挡块,但现行的桥梁抗震设计规范对挡块的设置方式并没有明确的规定。为了探寻一种对桥梁下部结构抗震有利的挡块设置方式,该文采用非线性时程分析方法,考虑横向抗震挡块与上部结构的碰撞效应,研究两跨30m连续梁中横向抗震挡块对桥梁结构地震反应的影响,分析挡块和上部结构之间初始间隙对结构地震反应的影响规律。最终,从保护桥梁下部结构并能防止落梁的角度出发,提出一条抗震设计思路,为横向抗震挡块的合理设置提出建议。     

铅芯橡胶支座在桥梁减震中的应用研究

建立了铅芯橡胶支座滞回特性的等效线性化模型,并且给出了这种减、隔震装置的设计参数的计算方法与合理的取值范围。并通过实例分析得出铅芯橡胶支座具有良好的减、隔震效果:在相同的条件下,对同一地震波,采用板式橡胶支座时的响应峰值是采用钢支座的52%～76%,而采用铅芯橡胶支座时的响应峰值是板式橡胶支座的50%～80%、是钢支座的30%～50%。     

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。     

简支梁桥地震损伤演变过程分析及抗震设计建议

简支梁桥是我国使用最广泛的桥型,为明确其地震损伤演变过程,以典型的3跨简支梁桥为研究对象,采用Open Sees软件建立了精细化的有限元模型,并基于增量动力分析(IDA)方法进行了非线性时程分析。结果表明:板式橡胶支座和混凝土挡块是整个结构中最先发生损伤且损伤最严重的构件,桥墩损伤较轻,这一结论与近年来地震中采用板式橡胶支座的桥梁震害基本一致;连续梁桥震害与简支梁桥震害相近,但因连续梁桥上部结构质量较大,碰撞效应较明显;支座摩擦系数对桥梁上下部结构地震响应影响较大,为使桥梁整体损伤较小,可通过设计合理的支座,改变其支承接触面间的摩擦特性。     

钢板-板式橡胶复合式减隔震支座性能分析及工程应用

为实现桥梁的抗震韧性,满足防震减灾的高质量、高性能要求,基于减隔震原理将钢板的屈曲特性与板式橡胶支座的力学性能相结合,提出了一种新型钢板-板式橡胶复合式减隔震支座.该新型支座由板式橡胶支座与外围钢板组成,钢板可提供抗剪刚度,且具有耗能能力.通过有限元软件建模,研究了新型支座的滞回曲线、抗剪刚度、骨架曲线等力学特性,并基...     

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。     

在役简支T梁结构连续化改造中的支座选型研究

为研究不同型式支座对桥梁结构受力性能的影响,文中以某40 m预应力混凝土简支T梁桥连续化改造加固为例,通过对2种不同型式支座下桥梁结构进行受力分析及对比,对双支座桥梁结构连续的支座选型展开研究。结果表明,相对于刚性支座,橡胶支座可以明显地减小墩顶负弯矩。在此基础上,对2种不同型号的弹性橡胶支座支反力进行承载能力极限验算,计算结果表明,GJZ 400×400×99型板式橡胶支座满足该类桥梁要求,相对合理。     

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。     

组合梁桥摩擦摆支座减隔震性能研究

为了研究摩擦摆支座对桥梁减隔震的贡献，以某钢—混组合箱梁桥为研究对象，对比分析桥墩和桩基在普通板式橡胶支座和摩擦摆支座支撑下的抗震性能。结果表明，采用普通板式橡胶支座时，桥墩截面的能需比低至0.37,桩基截面的能需比低至0.24,抗震性能严重不足。将橡胶支座替换为摩擦摆减隔震支座后，构件截面的能需比有了显著提升，其中墩柱各截面的能需比为1.26～9.48,桩基截面的能需比为2.24～3.66,桥墩和桩基的抗震性能都得到了明显改善。