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。     

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。     

高低塔斜拉桥横向地震响应研究

为探讨高低塔斜拉桥横向抗震性能,以一大跨度斜拉桥为研究对象,利用非线性动力时程分析方法,分析了三种横向约束体系下桥梁结构的地震响应,对挡块的接触刚度和初始间隙进行参数敏感性分析,最后,通过调整参数对挡块的选取进行了讨论。研究结果表明,设置横向挡块能限制主梁位移,也能使得结构地震受力有所改善,初始间隙和接触刚度对桥梁结构地震响应均有不同程度地影响,在各个桥墩处设置不同参数的挡块能使结构地震响应趋于合理。     

连续曲线梁桥横向抗震加固设计研究

为提升曲线梁桥横桥向抗震性能,以某座非规则的三跨连续曲线梁桥为例,建立考虑挡块横向限位性能退化下不同盖梁挡块间隙、强度的全桥弹塑性三维数字时程分析模型。结果表明,考虑横向盖梁挡块限位性能退化的曲线梁桥结构模型,其罕遇地震时更接近实际,主梁和挡块位移与变形响应更大,下部结构弯矩响应峰值减小;盖梁挡块强度越大,对主梁和支座的限位效果越明显,但同时对盖梁抗力性能需求也越高,下部结构响应也会增加;合理的挡块间隙能够协调发挥挡块和支座各自性能。     

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。     

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。     

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。     

燕矶长江大桥约束体系设计

燕矶长江大桥为主跨1 860 m双层桥面钢桁梁悬索桥,主缆采用不同垂度四主缆布置,针对该桥结构特点,采用MIDAS Civil软件进行有限元静力计算,采用SAP2000软件进行有限元地震响应计算,对该桥纵、横、竖向约束体系进行设计。通过对比研究中央扣、纵向弹性约束、纵向限位挡块方案的可行性及减少伸缩装置规格的程度,确定采用纵向限位挡块进行纵向限位,伸缩装置规格可由D3 000 mm减小为D2 000 mm;采用电涡流-摩擦组合型纵向阻尼装置减小地震作用下梁端纵向位移,有效抑制梁端高频往复运动,改善支座和伸缩装置工作环境。横向约束采用球型钢支座限制加劲梁梁端横桥向摆动。通过分析梁端支座负反力消除措施适用性,竖向约束采用塔连杆方案,改变传统竖向约束方案的工作模式,更好适应反复的拉压力和纵向高频往复位移。     

考虑碰撞效应的连续梁桥横向混凝土挡块设计

为给横向混凝土挡块的设计提供明确的依据和参考,以Kelvin模型和Hertz模型为基础,考虑梁体和挡块质量以及二者在碰撞前相对速度的影响,根据动能定理和动量守恒,提出碰撞刚度的计算方法;在此基础上考虑地震作用下主梁与横向挡块间的碰撞效应,分析挡块的初始间隙、高度、厚度等设计参数对墩身、盖梁及挡块自身受力的影响规律。以在满足挡块对墩梁相对位移限制作用的同时,尽可能控制墩身剪力为挡块的设计原则,给出了挡块主要设计参数的建议取值。研究结果表明:设置横向挡块能有效防止落梁震害的发生;随着挡块间隙的逐渐变大,墩身的剪力总体呈减小趋势,碰撞效应减弱;过渡墩的支座滑移距离随挡块初始间隙的增大而增大;挡块厚度和高度对墩底剪力的影响均较小,但对盖梁应力的影响较大,盖梁应力随着挡块厚度的增加而减小,随着挡块高度的增加而增加,当挡块高度达到一定数值时,盖梁的最大拉应力可能超过其最大抵抗应力而破坏;挡块与主梁的初始间隙以0.06m左右为宜,挡块高度可在0.55~0.65m取值,挡块厚度在0.48~0.58m内取值,根据以上参数设置的混凝土挡块,碰撞时最大拉应力可能超过混凝土的抗拉强度而开裂,但受压区混凝土不发生破坏,钢筋的应力亦不超过钢筋的屈服强度,满足挡块承载力的设计要求。     

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。     

考虑双向碰撞的斜交桥抗震性能分析

地震作用下,采用板式橡胶支座的斜交桥易产生滑移,导致主梁发生较大的位移,并与桥台和横桥向挡块发生碰撞。为分析公路斜交桥碰撞作用机理及其影响因素,对一座三跨连续斜交桥进行非线性时程分析,考虑了不同斜交角(取值0°～60°)和横向挡块间距等因素,分析了纵、横桥向不同碰撞模型及其设计参数对桥梁地震响应的影响。结果表明:斜交桥在纵、横桥向的碰撞作用是主梁发生转动的主要因素;该文采用的弹塑性碰撞模型能较好地反映斜交桥地震响应的不规则性;挡块间距的改变会增加桥台处不均匀碰撞现象,显著影响斜交桥碰撞效应,可通过选择合理挡块初始间距来降低地震损伤。     

弹性挡块对高墩T形连续梁桥抗震性能的影响

在采用了普通橡胶支座的情况下,使用有限元分析软件midascivil建立抗震分析模型对桥梁挡块进行抗震性能分析。分析结果表明采用合适的挡块刚度及挡块与梁间隙,对减轻桥梁结构的地震动力响应有着较好的效果。     

兰州西固黄河大桥横向抗震体系研究

兰州西固黄河大桥主桥为(67+110+360+110+67)m双塔双索面钢-混结合梁斜拉桥,南岸引桥为2×40m预应力混凝土简支箱梁桥,北岸引桥为5×40m预应力混凝土连续箱梁桥。为确定该桥的合理横向抗震体系并优化其布置形式,采用SAP2000Nonlinear程序建立全桥有限元模型,分析该桥在横向滑动、过渡墩约束、辅助墩约束及横向完全约束4种墩梁横向约束体系下的地震响应,并针对横向挡块减震措施分析不同材料挡块控制参数对抗震性能的影响。结果表明:横向滑动体系下桥墩的地震响应最小,但墩-梁横向相对位移较大;过渡墩横向约束和辅助墩横向约束体系均会增大相应桥墩的地震响应,其中辅助墩横向约束体系下增加更为明显;横向完全约束体系下,各墩受力均不利;混凝土刚性挡块难以同时减小过渡墩与辅助墩的地震响应,横向减震效果不好;采用弹塑性挡块能显著降低过渡墩与辅助墩的墩底内力和墩-梁横向相对位移。     

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。     

跨海超大跨悬索桥适宜结构体系研究

悬索桥因其较大的跨越能力以及优美的造型，常常被应用于跨海跨江工程中。本研究以跨越茅尾海的龙门大桥为研究对象，提出了采用设置外伸跨的地锚式悬索桥结构体系，主桥钢箱梁向两侧引桥各延伸50 m,同时取消了主塔中受力复杂、施工工艺繁琐、后期运营易开裂的中横梁，并且在过渡墩处设置竖向支座、纵向阻尼器和新型横向减震耗能抗风支座，形成全飘浮体系单跨吊钢箱梁悬索桥。研究结果表明，设置外伸跨可以有效减小结构地震响应，增大竖向转动刚度，使得行车更加平顺，是一种较为有效的结构形式；纵向阻尼器和新型横向减震耗能抗风支座的设置进一步减小了结构在地震作用下的动力响应，提高了悬索桥的抗震性能。本研究结果可为其他类似桥梁的设计提供参考。     

北江大桥引桥整体顶升施工仿真分析

北江大桥为多跨连续梁桥,由于佛开高速扩建,该桥引桥采用整体同步顶升施工,需顶升0.150~1.491m。为分析该桥在顶升施工中的梁体受力,为施工提供指导,采用ANSYS软件建立该桥15~22号墩连续梁模型,对同步顶升力、落梁调整到位后梁体的受力进行计算分析,并研究纵、横向误差对梁底应力和支座反力的影响。结果表明:在同步顶升过程中,理论顶升力与实测值接近;落梁后梁体应力变化的理论值与实测值接近,梁体仍处于受压状态;1cm的纵向顶升误差不会使梁体出现拉应力,也不会使支座反力出现较大变化;1cm的横向顶升误差使梁体出现拉应力,使支座反力出现较大变化。因此须严格控制顶升误差,建议纵向顶升误差不超过10mm,横向不超过5mm。     

小跨宽幅连续梁桥支座负反力分析

为研究小跨宽幅连续梁桥的受力特性和支座负反力问题,以河南沁阳市一座无梁板桥设计项目为研究对象,利用Midas/Civil软件分别建立单梁模型、梁格模型和板壳模型进行对比分析,提出适合工程设计的桥型方案。主要解决无梁板桥在温度梯度和不均匀沉降作用下产生较大的支座负反力问题,对结构构造进行结构优化。结果表明:宽幅桥建议采用梁格模型分析,按单梁模型计算的内力和支撑反力与实际偏差较大,无法指导设计;温度梯度和不均匀沉降对反力的影响非常大,荷载组合考虑这两项作用时,小跨宽幅连续梁桥出现支座负反力的概率较大,应引起重视;组合作用下,负反力不仅会出现在桥台的支座处,桥墩处也可能出现;横向支座多于两个时,相邻支座的反力相差较大,桥台处的外侧支座和桥墩上的内侧支座出现负反力的可能性相对较大;结构设计时,增加桩长以减少基础不均匀沉降,减小板厚、降低主梁刚度可以明显降低支座负反力的出现概率,而调整边中跨比影响相对较小。     

小半径曲线梁桥空间稳定性分析

针对小半径曲线梁桥空间稳定性问题,以贵州省六盘水市盘县火车站匝道桥为研究背景,利用有限元分析软件MIDAS/Civil建立小半径桥梁模型,分析不同支座偏心距对支座反力的影响及温度效应作用下桥梁结构的变形和受力特点;通过改变支座间距分析支座反力,考虑结构的平衡性,对支座间距进行调整。计算结果表明,设置合理的偏心距及适当调整支座间距可有效避免曲线梁桥支座出现负反力、脱空等不利现象,使结构受力更加平衡。     

大跨度钢桁架拱桥减隔震方案研究

为提高大跨度钢桁架拱桥的抗震能力,同时保证下部结构受力均衡,设计了普通球型支座、粘滞阻尼器和双曲面球型支座3种抗震方案。采用反应谱法和非线性时程法分析了E2地震作用下下部结构的地震响应。结果表明:综合比较下部结构受力情况,双曲面球型支座方案优于粘滞阻尼器方案和普通球型支座方案,在纵向和横向地震作用下减震效果明显。     

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。