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。     

活动支座摩擦作用对连续梁桥弹塑性地震反应的影响

为研究活动支座摩擦作用对连续梁桥弹塑性地震反应的影响,将活动支座摩擦作用对桥梁结构地震反应的影响分解为摩擦耗能、刚度贡献和运动相互作用3个方面,建立了同时考虑活动支座及桥墩非线性的有限元分析模型,进行了非线性时程反应分析,对支座摩擦作用对桥梁结构的墩底曲率、梁体位移、速度和加速度的影响进行了研究。研究表明,活动支座摩擦作用对桥梁结构的弹塑性地震反应并不是在任何情况下都是有利的,根据分析结果提出了需要考虑活动支座摩擦作用的情况,在非线性时程分析时需要综合考虑结构的自振特性及场地反应谱的影响。对于复杂的桥梁,尤其是固定支座墩和活动支座墩墩高和刚度差异较大的桥梁,在进行抗震分析时需考虑活动支座摩擦作用的影响。     

基于支座摩擦的桥梁结构地震反应研究

针对桥梁支座结构的非线性特征,通过建立不同的桥梁结构模型,分析了桥梁墩径、支座摩擦系数、初始刚度下支座摩擦对桥梁结构地震反应的影响作用。研究结果表明:大部分情况下,活动支座的摩擦力能够有效降低固定支座的地震反应,有利于提高桥梁的抗震能力;对于墩径较小的桥梁结构,则应考虑桥梁支座摩擦对地震的反应;对于固定式支座桥梁,采用较大初始刚度的活动支座结构,能有效提高结构的减震率的同时量体位移较小,对于抗震性支座桥梁,当活动支座初始刚度保持在4×10~4~8×10~4kN/m能获得较好的减震效果。     

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。     

山区连续梁桥隔震设计研究中的体型因素探讨

针对我国山区桥梁的结构特点和所存在的抗震问题,构造了7组典型的山区示例桥梁并采用铅芯橡胶支座进行隔震设计。建立了考虑支座非线性和墩柱弹塑性的隔震桥梁分析模型,采用非线性地震反应时程分析方法研究了E1地震和E2地震下隔震桥梁的性能状态（桥墩和支座受力及变形）与桥梁体型因素的关系,后者由定义的桥墩刚度比（R1）、桥墩组合刚度比（R2）、支座总刚度和桥墩总刚度比（R3）等无量纲参数描述。结果表明：支座位移与梁体总位移的比值与支座总刚度和桥墩总刚度的比值R3更为相关,支座剪力与总剪力的比值与采用桥墩组合刚度比（R2）关系要密切;为提高隔震系统的隔震效果,建议初步设计时可取支座总刚度和桥墩总刚度比R3宜小于2.0。     

山区连续梁桥隔震设计研究中的隔震度因素探讨

针对山区桥梁的结构特点构造了7组代表性的连续梁桥作为研究对象,通过在桥墩上设置铅芯橡胶支座（LRB）进行隔震设计,采用结构抗震分析软件UC-win/FRAME（3D）建立了隔震桥梁和对应非隔震桥梁的动力分析模型,探讨了隔震度与桥墩刚度比（R1）、桥墩组合刚度比（R2）、支座总刚度和桥墩总刚度比（R3）及支座变形的关系。结果表明：在山区桥梁隔震设计中建议采用支座屈服后刚度对应的隔震度;隔震度与支座总刚度和桥墩总刚度的比值R3更为相关;为了提高隔震效果,建议隔震度控制在2.0左右。     

地震高烈度区中小跨径连续梁桥支座与桥墩组合选型研究

为了给地震高烈度区中小跨径连续梁桥的抗震设计提供设计参考,研究了桥墩与支座的不同组合形式对结构响应的影响。以某工程实例为背景,建立空间有限元分析模型,研究了桥墩与支座不同组合形式对结构自振特性的影响,在此基础上,利用弹性反应谱法、非线性时程法,对比分析了不同组合形式对结构地震响应的影响。研究结果表明,抗震设计时应控制桥墩设计刚度,矩形空心墩刚度较大,增大了支座和下部基础受力;综合考虑支座变形及抗滑性,高烈度区桥梁设计时不宜采用板式橡胶支座;采用盆式支座时,需考虑梁体与桥台的碰撞、落梁、高墩失稳等问题;采用墩顶固结时,主梁设计弯矩由地震作用下弯矩控制,增加了上部设计的复杂性;高烈度区中小跨径梁桥设计时,推荐采用圆柱墩配高阻尼橡胶支座的组合形式,该组合形式下结构抗震性能最佳。     

铁路钢桁拱桥减隔震支座设计参数的优化研究

以武广客运专线上一座钢桁拱桥为例,运用结构最优化理论建立了考虑地震时车辆运行安全性的铁路钢桁拱桥模型,采用ANSYS中的零阶优化方法对其减隔震支座进行优化设计,在优化过程中考虑Rayleigh阻尼系数的变化对减隔震体系的影响,实现了对铅芯橡胶支座动力设计参数的优化.通过计算分析,得出了铅芯橡胶支座动力参数对桥梁地震响应的影响规律:在应用LRB对不同场地条件下的铁路钢桁拱桥进行减隔震设计时,屈服后刚度与屈服前刚度比α对结构地震响应有重要影响.因此,可以采用改变屈服后刚度与屈服前刚度比α的简化设计方法,满足桥梁地震响应的要求.为了提高系统的优化效率,在进行减隔震支座优化时,行车安全性的约束可以在优化过程外考虑,即在支座参数优化解确定后,再进行车辆地震输入谱密度强度SI值的验算.     

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。     

公轨合建大跨长联桥梁减隔震设计关键技术研究

文中从公轨合建大跨长联桥梁结构特点出发,推荐采用具有双向隔震功能的位移型减隔震支座方案,尤以高承载力的双曲面摩擦摆减隔震支座最合适。通过对双曲面摩擦摆减隔震支座参数分析,提出采用上限和下限不同隔震状态确定控制区域范围进行减隔震设计。同时对于采用双曲面球型摩擦摆减隔震支座的公轨合建桥梁,需要考虑支座附加变形影响,开展车桥耦合振动分析,减隔震支座附加变形对车辆竖向加速度指标影响较大,应重点关注。     

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。     

钢平台在公路独柱墩桥梁支座更换中的应用

桥梁支座将桥梁上部结构的反力和变形可靠地传递至桥梁下部结构,是桥梁结构的重要组成部分。然而,由于支座形式的更新换代、内在质量问题、使用寿命以及未能正确安装等原因,使许多支座不得不进行更换。中国早期修建的高架桥多采用独柱墩形式,未预留支座更换空间。搭设支架工作量较大,同时对支架的强度、刚度和稳定性以及地基处理等要求较高,施工难度和精确控制较难。该文采用钢结构平台对支座进行更换时可避免搭设支架的各种不利因素,为独柱墩支座更换提供了一种新的思路。     

弯桥支座模拟方法对比研究

本文通过建立考虑与忽略支座实际刚度的两种连续箱梁弯桥模型,通过有限元计算表明是否考虑支座实际刚度对结构的竖向弯矩、剪力以及位移影响较小,对结构的横向弯矩及扭矩影响较大,且随跨径无明显规律。     

大跨度轨道交通桥梁抗震性能分析

为了解轨道约束作用和摩擦摆支座对轨道交通桥梁抗震性能的影响,以某大跨轨道交通桥梁[(85+135+85)m预应力混凝土连续梁]为背景,采用MIDAS Civil软件建立考虑轨道约束作用的线桥一体化有限元模型,选取承受惯性力最大的固定墩作为研究对象,研究轨道约束作用对桥梁抗震性能的影响和摩擦摆支座的减隔震效果,分析墩高对摩擦摆支座减隔震效果的影响。结果表明:考虑轨道约束作用后,桥梁的纵向自振频率有所提高,横向自振频率变化很小;考虑轨道约束作用时,固定墩的墩顶位移、墩底弯矩和墩底剪力比不考虑轨道约束作用时均明显增大;采用摩擦摆支座能显著降低固定墩的地震响应,摩擦摆支座具有良好的减隔震性能;摩擦摆支座的隔震效果随墩身高度的增加逐渐减小,摩擦摆支座适合在桥梁固定墩墩身刚度较大时采用。     

考虑碰撞效应的双柱式高墩桥梁非线性地震反应特性研究

以西南山区线路中常用的双柱式高墩桥梁为研究对象,建立典型桥跨结构的空间动力分析模型,采用非线性动力时程分析方法,详细研究了考虑地震碰撞效应时桥梁结构的地震响应特性,并探讨了接触单元刚度取值、间隙宽度、桥台刚度以及支座滑动性能等非线性边界条件的影响。结果表明:梁间碰撞作用主要发生在近桥台伸缩缝处,碰撞作用减小桥墩的地震响应,同时在梁体中产生较大的短时加速度脉冲效应;考虑桥台的纵向约束作用将使得梁间碰撞效应增强;对于通常设计采用的间隙宽度范围,强震作用时碰撞现象会不可避免地发生;支座滑动性能对桥墩的地震响应起到隔震的作用,考虑支座滑动性能后梁间碰撞次数减少;各种非线性边界条件因素的综合作用使得桥跨结构的地震响应变得较为复杂,为获得结构真实响应结果应该合理考虑这些因素的影响。     

考虑支座摩擦滑移的弯梁桥侧向位移分析

为了分析板式橡胶支座的摩擦滑移对混凝土弯梁桥侧向位移的影响,采用ANSYS建立板式橡胶支座的三维实体模型和背景桥梁的单梁模型,分别计算考虑支座摩擦滑移与未考虑支座摩擦滑移弯梁桥侧向位移和不同工况下支座的荷载-位移曲线。结果表明,当横向力较小时,是否考虑支座摩擦滑移对侧向位移影响很小;当横向力较大时,考虑支座发生侧向滑移,其抗剪刚度减小,弯梁桥侧向位移明显增大;荷载-位移曲线表明横向力较大时,支座发生明显滑移。     

近断层地震动对隔震桥梁地震反应的影响

采用Midas/Civil对隔震桥梁进行了不同类型多维地震动作用下的地震反应分析,研究了近断层脉冲型地震动及其特性对隔震桥梁地震反应的影响,表明近断层脉冲型地震动使隔震桥梁的地震反应明显增大,隔震支座的水平变形较大,易造成支座破坏,甚至产生落梁;结构的地震反应随着地震动PGV/PGA的增大而近似呈线性增大,其中PGV/PGA对支座位移和梁体位移的影响最大。因而在近断层区域进行隔震桥梁设计时应重点考虑地震动的脉冲效应对桥梁地震反应的影响。     

板式橡胶支座老化对空心板梁桥受力性能影响分析

针对广东某高速公路使用20年的空心板梁桥板式橡胶支座的检测结果,依据规范对支座病害进行分类,并抽选典型支座进行了室内试验。同时,建立有限元模型分析板式橡胶支座老化对结构静力以及动力性能的影响。结果表明:使用20年的样本板式橡胶支座,支座老化对支座抗压弹性模量及抗剪弹性模量影响较小;支座刚度变化对桥梁结构静力性能影响较小,但对动力特性影响较大,支座老化严重时,应关注其对结构运营安全的影响。     

西部地震区高墩桥梁支座合理选型研究

采用非线性时程分析方法,对西部地震区高墩桥梁支座的合理选型进行了研究。比较研究的支座型式包含盆式橡胶支座、四氟滑板支座、板式橡胶支座、铅芯橡胶支座。地震动峰值加速度分别采用了0.15 g和0.20 g。非线性时程分析中考虑了支座的力-位移关系,以及桥墩潜在塑性铰的动力反应。研究结果指出,从抗震角度来看,西部地震区高墩桥梁支座的选型原则是尽量提高结构的刚度,减小梁体位移和墩顶位移。     

软土地基不同约束条件下的中小桥地震反应分析

针对拟建的潮州至揭阳高速公路的地形情况,研究软土地基不同的约束条件下中小桥梁的动力特征及地震响应.得出各阶结构自振频率随着地基刚度的增加呈递增趋势,振型出现的先后次序发生改变,地基土刚度的改变对结构各构件刚度的影响不同,改变支座刚度对地震力大小和位置都有不同程度的影响.提出了选择桥台结构形式及墩台支座类型的依据.