强震地区桥梁墩台防震挡块病害述评

针对强震地区桥梁墩台防震挡块在实践中发生的病害进行简析,提出在设计和施工中的一些改进意见和措施。     

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。     

桥梁抗震挡块拟静力试验研究

通过5个桥梁横向挡块在低周反复荷载下的试验,研究不同箍筋形式、不同厚度和不同撞击高度的桥梁横向挡块的抗震性能。结果表明,采用非封闭箍筋挡块时,其延性能力明显差于采用封闭箍筋挡块;采用封闭箍筋挡块时,其挡块破坏主要表现为弯剪破坏模式,且其承载能力随着厚度的增加而增加。根据挡块的破坏机理,提出挡块抗震能力计算公式。     

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。     

优化型桥梁金属耗能隔震挡块的抗震性能研究

通过对桥梁金属耗能隔震挡块进行形状优化,提高桥梁的抗震性能,解决桥梁在地震中的落梁破坏问题,保证桥上与桥下的人员与车辆以及周围建筑物在地震中的安全。对耗能挡块在不同地震水准的工作状态进行研究,明确工作机理,优化其构造形式。按照一定比例半径的圆弧对挡块形状进行优化,对5组不同高宽比(γ为1. 25,1. 11,1,0. 9,0. 8)的耗能挡块建立有限元精细化模型,每组耗能挡块均设计1个同高度的传统矩形形状的对比件进行研究,模拟其弹塑性力学行为以及低周疲劳性能。分析耗能挡块的耗能能力与塑性应变分布规律,提出优化型耗能挡块耗能量的超强比(优化型挡块耗能量与传统型挡块耗能量比值)计算公式。数值仿真结果表明,根据真实的材性试验数据定义有限元模型的应力应变关系,可以更加真实地模拟金属的力学行为;优化型桥梁金属耗能隔震挡块具有良好的耗能能力与低周疲劳性能,优化后的桥梁隔震挡块累积等效塑性应变明显减小,最大值较优化之前减小28. 05%～30. 4%,耗能分布更加均匀,延性更好;文中给出的优化型耗能挡块耗能量超强比公式与数值仿真计算结果吻合较好,可计算优化后的隔震挡块真实耗能能力。为桥梁的减震设计提供分析依据,为完善相应的设计规范奠定理论基础。     

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。     

直缝型后张预应力装配式UHPC挡块抗震性能研究

针对常规普通混凝土挡块在震后修复较困难的问题，提出一种适用于中小跨径桥梁结构的可替换直缝型后张预应力装配式超高性能混凝土（UHPC）挡块结构形式。设计并制作了4组装配式UHPC挡块模型试件，分别进行拟静力破坏试验，探讨了加载高度、挡块厚度和预应力初张力大小对后张预应力装配式UHPC挡块抗震性能的影响。然后，建立ABAQUS有限元分析模型并与试验结果进行校核验证，通过一系列有限元参数分析研究了挡块摩擦因数、荷载加载高度、预应力初张力值和UHPC挡块厚度对新型挡块转动机制的影响机理。研究结果表明：装配式UHPC挡块具有良好的抗震位移能力和自复位功能；挡块与盖梁间的摩擦因数对挡块转动性能的影响可忽略不计；加载高度增加会导致挡块转动临界荷载和承载能力下降；增加挡块厚度能显著提升挡块自身强度，降低挡块地震损伤；增大预应力初张力大小能够提高挡块的临界转动荷载和承载能力；进行后张预应力装配式UHPC挡块设计时，可直接利用预应力初张力和加载高度等参数来估算挡块的设计临界转动荷载。     

简支桥梁抗震挡块参数优化研究

本文在前人对刚体碰撞模型所作分析的基础上,以简支梁桥为研究对象,建立了考虑横向碰撞的简化模型。通过量化挡块碰撞刚度、初始间隙对简支梁桥地震碰撞响应的影响,探讨了桥梁抗震挡块的抗震效果,得出简支梁桥抗震挡块的最优参数,供梁桥抗震设计及规范修编参考。     

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。     

地震作用下高墩桥梁横向碰撞效应研究

为提升高墩大跨连续刚构桥的防震减灾能力,对其合理的减震措施进行研究。以我国西部山区强地震带一座高墩大跨桥梁为例,利用SAP2000Nonlinear有限元程序建立桥梁结构空间非线性计算模型,分析其横向地震响应规律及其碰撞效应。分析结果表明:对于高墩大跨连续刚构桥,在过渡墩墩顶设置弹性挡块时,很难实现对过渡墩与刚构墩地震响应的有效控制,且碰撞产生的撞击力极易使弹性挡块破坏,从而失去限位功能;在过渡墩墩顶设置弹塑性挡块,并选取适当的挡块屈服强度,可有效地控制过渡墩、刚构墩地震响应以及上部结构位移。     

考虑墩柱非线性的大跨桥梁抗震特性分析

以某山区薄壁空心墩连续刚构桥为例,运用非线性地震时程法分析了桥梁下部结构的抗震性能,总结出大跨高墩连续刚构桥抗震设计建议。提出在后续桥梁挡块设计中,应增大其高宽比至2.5左右,同时设置横向封闭箍筋,并将箍筋伸入盖梁,伸入长度至少为1倍挡块厚度。     

高墩预应力盖梁施工技术控制

结合成自泸高速公路内自C合同段水井湾大桥施工的工程实例,浅谈预应力盖梁的施工过程,重点介绍预应力盖梁支架体系的搭设、模板安装、钢筋制作、预应力管道、预应力钢材加工及装置、砼浇筑、张拉灌浆封端、支座垫石及防震挡块和支架系统及模板的拆除等。     

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。     

防落梁装置对隔震桥梁地震相应的影响

该文通过对桥梁防落梁装置的分析研究,讨论了防落梁装置的刚度、强度和桥墩地震相应的关系,及在隔震设计的桥梁上的应用,并提出了“两水准”挡块的设计思想。     

基于可更换构件的可恢复功能桥梁防震结构研究综述

基于大震不倒,且震后无需修复或者稍加修复就能恢复正常使用功能理念的可恢复功能桥梁防震结构是桥梁地震工程研究的热点之一。设置可更换构件是实现桥梁结构可恢复功能的一种有效途径,附加可更换构件可恢复功能桥梁防震结构是指：在结构适当部位设置减震装置作为可更换构件,通过牺牲可更换构件从而保护主体结构免受损伤或大幅减小损伤,震后通过更换损坏构件以恢复结构正常使用功能。对附加可更换构件的可恢复功能桥梁防震结构的研究进行了系统的梳理和总结。首先介绍了附加可更换构件的可恢复功能桥梁防震结构的设计理念;然后总结了目前国内外可更换构件的类型、附加可更换构件桥梁结构的抗震性能及其抗震设计方法的研究现状;并通过实际工程应用案例说明了附加可更换构件的可恢复功能桥梁防震结构的工程实践价值;最后探讨了附加可更换构件的可恢复功能桥梁防震结构的发展趋势。现有研究表明,附加可更换构件桥梁结构的功能可恢复性已得到了工程界的认可,但仍然需要在新材料、新构造形式的开发,系统性的试验研究以及抗震性能优化设计等方面开展深入研究。     

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。     

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。     

公路桥梁震害分析及对策

地震会造成大量桥梁结构的破损,严重影响道路运输的正常运营。采取何种措施降低桥梁震害已成为桥梁工程的热点问题。从桥梁震害破坏形态上将桥梁震害的破坏分为上部结构破坏和下部结构破坏,重点分析了梁体偏移和落梁、支座破坏、伸缩缝和挡块破坏、墩台和基础破坏的现象及成因。结合调查分析,在桥位选择、抗震设计理念以及结构和构造等方面给出桥梁抗震的对策和建议,为桥梁设计、施工提供借鉴和参考。     

小半径曲线桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道侧向挡块受力分析

建立了小半径曲线桥上"轨道-梁-墩"一体化计算模型,分析其在温度变化和离心力作用下联合板位移以及侧向挡块的受力情况,对曲线半径、侧向挡块弹性垫板刚度和侧向挡块间距的影响规律进行了分析.通过对侧向挡块进行结构强度检算,认为侧向挡块具有较高的安全储备量.     

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。