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。     

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。     

板式橡胶支座梁桥抗震挡块合理力学性能研究

为了提高板式橡胶支座梁桥的横桥向抗震性能,选择一座典型板式橡胶支座简支梁桥为研究背景,建立考虑支座滑动效应、墩柱弹塑性滞回性能和挡块力学性能的全桥精细化有限元数值模型,采用数值分析方法探讨了钢筋混凝土挡块的合理力学性能参数。结果表明：挡块最大剪力强度取上部结构恒载反力的20％～30％、横向间隙在2～10cm范围内为相对合理的挡块力学性能;提高挡块延性变形能力,可有效控制墩梁相对位移,同时不显著增加桥墩损伤程度。     

板式橡胶支座桥梁地震位移控制方法

为了克服中国采用板式橡胶支座的中小跨径桥梁易发生梁体移位震害的不足,合理控制梁体地震位移,以一典型板式橡胶支座连续梁桥为研究背景,采用SAP2000有限元程序,考虑板式橡胶支座的滑动效应,建立了桥梁结构空间动力计算模型,进行了非线性时程地震反应分析,研究了地震动特性对梁体地震位移的影响,探讨了板式橡胶支座桥梁存在的问题,提出了将一联梁桥中某中间桥墩的板式橡胶支座改为铅芯橡胶支座的地震位移控制方法.结果表明:该方法能有效控制梁体地震位移,虽在一定程度上增大了设置铅芯橡胶支座桥墩的地震反应,但与可能的落梁震害相比,桥墩发生有限损伤是可接受的.     

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。     

汶川桥梁震害分析与抗震设计对策

通过对汶川地震区213国道上桥梁震害的调查,结合震区梁式桥的结构特点,通过分析表明:震区梁式桥主要震害特征是由于梁底与板式橡胶支座顶产生相对滑动,梁体发生较大位移,从而引起落梁、支座悬空、挡块和伸缩缝破坏,但梁底与支座间滑动,实际上起到了隔震作用,国道213线从都江堰到映秀的梁式桥,除百花大桥外,桥梁墩柱和基础本身都没有出现严重破坏的情况.针对震害现象,提出了相关抗震设计对策.     

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。     

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。     

板式橡胶支座摩擦性能对中小跨径梁桥地震响应影响分析

为分析板式橡胶支座摩擦性能对中小跨径梁桥地震响应的影响，建立简支梁桥和连续梁桥2种桥型的有限元模型，采用增量动力分析方法，对比不同支座滑动摩擦系数对2种桥型在纵横桥向地震作用下地震响应的影响。结果表明：在横桥向地震作用下，简支梁桥主梁易发生转动，对于墩台处的横向限位装置设计参数需区别设计，而连续梁桥主梁呈刚体平移，墩台处的横向限位装置可采用相同设计参数；在纵桥向地震作用下，简支梁桥和连续梁桥桥台处支座更易发生脱空或滑落；在不同方向地震激励下，两种桥型桥墩墩底曲率均随支座摩擦系数增加而增大；在中小跨径梁桥结构设计时，可通过设计不同支座接触面来选择有利于结构抗震的摩擦系数。     

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。     

桥梁板式橡胶支座与粘滞阻尼器组合使用的减震性能研究

在分析几种减隔震装置的减震耗能机理的基础上,提出了板式橡胶支座与粘滞阻尼器组合使用的减震措施,并利用非线性时程地震反应分析方法,对这种组合装置的减震性能进行了研究。为了研究阻尼系数、阻尼指数和周期对减隔震桥梁地震反应的影响,作了大量的参数分析,给出了参数的合理取值范围。研究结果表明,组合使用板式橡胶支座和粘滞阻尼器,既能减小结构地震力,又能有效地控制梁体位移及墩、梁相对位移。     

桥梁板式橡胶支座与粘滞阻尼器组合使用的减震性能研究

在分析几种减隔震装置的减震耗能机理的基础上．提出了粘滞阻尼器与板式橡胶支座组合使用的减震措施,并利用非线性时程地震反应分析方法。对这种组合装置的减震性能进行了研究。为了研究阻尼系数、阻尼指数和周期对减隔震桥梁地震反应的影响。本文做了大量的参数分析。研究结果表明．组合使用板式橡胶支座和粘滞阻尼器,既能显著地减小结构地震力。又能有效地控制梁体位移及墩、梁相对位移。     

橡胶缓冲装置在简支梁桥中的纵向抗震性能分析

本文提出了一种抑制梁端碰撞和落梁等桥梁震害的八字形橡胶缓冲装置。在实验的基础上,建立了跨径、跨数、墩高和跨径比不同的多种简支梁桥有限元模型,分析了其在地震作用下的响应。结果表明,采用该缓冲装置后主梁梁端位移、主梁轴力、梁端碰撞力均明显减小,且跨径、墩高和边中跨比愈大效果愈好,跨数愈少效果愈好,从而充分验证了八字型橡胶缓冲装置纵向抗震效果的有效性。     

基于不同墩高下高阻尼减隔震支座合理适用范围研究

以一座连续梁桥为例,采用CSIBridge有限元软件建立动力分析模型,分别对高阻尼减隔震橡胶支座和普通板式橡胶支座两种体系桥梁结构进行动力时程分析,对比两种支座体系桥梁结构在不同墩高工况下的地震响应。通过对结构自振周期、地震位移响应、桥墩内力等方面对比分析,研究高阻尼减隔震支座在地震荷载中对桥梁结构的减震效果。结果表明,在墩高较低时,减隔震支座能够通过水平方向大位移剪切变形及滞回耗能实现减震功能,而在高墩情况下,其减隔震效果不明显。综合考虑,高阻尼减隔震橡胶支座适用于墩高不超过40m的连续梁桥,在此墩高范围内具有较好的减隔震效果。     

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。     

多跨连续梁桥横向减隔震分析

一阶横弯多跨连续梁桥,当地震作用时,仅依靠增大横桥向刚度的方法来减小连续梁的横桥向位移,会带来很大的墩底反力和弯矩。墩底弯矩过大又会引起桥墩压溃和主梁横向位移过大。文章针对工程中最常见的一种减隔震装置一铅芯橡胶支座,以某9m×40m大跨连续梁桥为模型,以墩底内力和主梁横向位移作为研究对象,利用非线性时程分析方法,采用普通橡胶支座的方案和采用橡胶支座的9个方案在三条人工波的最大地震响应进行比较分析,研究了铅芯橡胶支座不同的布置方式,及其设计参数的选取对多跨连续桥梁横向减隔震性能的影响。并得出了以下结论:铅芯橡胶支座的个数和布置方案对桥梁结构在地震作用下的减隔震效果影响很大;合适的布置铅芯橡胶支座等减隔震装置可以有效的减少地震作用下桥梁结构的地震响应,可以显著提升结构的抗震能力;铅芯支座的硬化比对横向位移影响不大,对横向内力的影响稍大。     

地震序列作用下板式橡胶支座简支梁桥响应特点研究

根据汶川地震中板式橡胶支座简支梁桥地震响应出现的新特点,结合桥梁抗震规范中的最新规定,对地震序列作用下板式橡胶支座简支梁桥的响应进行了分析研究。结果发现,在考虑强地震序列后,板式橡胶支座在历次地震作用下的残余位移将得到累计,从而降低了桥梁后续的抗震及运营能力。     

考虑碰撞效应的混凝土连续梁桥纵向挡块参数分析研究

以中小跨度典型梁式桥为工程背景,利用有限元软件建立桥梁结构的多尺度模型,基于接触单元理论,提出能考虑碰撞过程中能量消耗的碰撞模型,考虑地震作用下桥梁结构梁体与纵桥向限位挡块间的碰撞效应,对比分析是否设置挡块,以及墩高、碰撞刚度、碰撞阻尼等对桥梁结构地震响应的影响。结果表明:设置纵向挡块之后,过渡墩的墩底剪力和墩顶位移有所增加,但墩梁相对位移大幅度降低,可很好地防止纵向落梁震害的发生;碰撞刚度的增大,会增大墩底剪力和墩顶位移,减小主梁位移和墩顶相对位移,对于与本文分析类似规模的桥梁,建议纵向挡块的碰撞刚度取10~8N/m较合适;纵向挡块的碰撞阻尼对桥梁的地震响应影响相对较小,在设计时可不予特别考虑。     

铅芯橡胶支座在高烈度山区简支梁桥中的减隔震研究

高烈度山区简支梁桥的减隔震设计不可忽视。采用铅芯橡胶支座作为减隔震支座,主要研究了该减隔震支座对桥梁结构的周期、墩顶与主梁之间的位移差、墩底以及墩顶的剪力和弯矩的影响。得出的结论是：铅芯橡胶支座可以延长桥梁结构的周期,降低结构的刚度;同时可以大大减小桥墩墩顶、墩底的弯矩和剪力值,但墩顶与主梁的位移差会增大。     

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。