挡块对典型连续梁桥板式橡胶支座隔震效果的影响研究

发布时间：2020-08-04 15:11

【摘要】：在国内,中小跨径简支梁桥或连续梁桥在道路交通运输系统中扮演着极为重要的角色。这类桥梁一般采用板式橡胶支座,并在墩、台上设置钢筋混凝土抗震挡块,构成上部结构抗震体系。本文以汶川地震中普遍出现的挡块破坏、支座破坏、主梁落座甚至落梁等震害为研究背景,选取了三座不同墩高布置的典型桥例,建立了考虑板式橡胶支座滑移现象和挡块非线性滞回特性的三维分析模型,采用参数分析了挡块强度(为各墩处恒载反力的百分数)、挡块变形能力、挡块与主梁间的初始间隙和支座摩擦系数等参数对三座桥例地震响应的影响,以及由此导致的桥梁上部结构的横向位移特征和下部结构的内力变化规律。最后,通过IDA分析方法,对墩柱曲率、墩柱抗剪、支座最大变形随PGA的变化规律进行了分析,对桥梁关键构件和桥梁系统进行了易损性研究。主要研究结论有:(1)三个桥例分别采用了单矮墩结构(桥例HSH)、双矮墩结构(桥例SHS)、全矮墩结构(桥例SSS),研究表明不同墩高布置决定了桥梁的横向刚度分布,导致每个桥例中高墩和矮墩受力上有很大的差异,矮墩受力明显更不利,矮墩上支座的变形、墩柱的内力均比高墩的大,矮墩本身及矮墩上的支座发生同一损伤程度的超越概率比高墩大。(2)随着挡块强度的增加,桥梁的横向刚度增大,挡块可明显降低支座的横向变形和主梁的横向位移,发挥限位作用,但同时也会将主梁惯性力更多地传递给墩柱,使得墩底剪力和墩底截面的曲率需求不断增大。参数分析表明,挡块强度是控制墩柱屈服程度最重要的因素,决定着桥墩的屈服程度;总的来说,30%强度的挡块一方面可以控制支座变形,使其不发生严重的破坏,另一方面也不至于过度增大墩柱的地震内力。(3)在30%挡块强度的基础上,随着挡块变形能力的增加,支座变形、主梁位移以及墩柱剪力和曲率响应在增加,但增加幅度很小;当挡块的变形能力足够大而不会在地震中发生破坏时,挡块虽然限制住了主梁的滑动,但此时挡块所产生的大变形并不能使支座变形、墩柱剪力和曲率响应明显降低。总的来说,在挡块强度确定的情况下,挡块变形能力的大小对支座变形、主梁位移以及墩柱剪力和曲率等地震响应只能产生小幅的影响,且当挡块变形能力为0.15m时桥梁整体地震响应最小。(4)在30%挡块强度的基础上,随着挡块与主梁间隙的增加,主梁自由滑动的空间增大了,直接导致了主梁位移和支座变形的增大;且各墩的墩底剪力得以小幅降低,各墩的墩底截面曲率也得到一定程度的下降,但总体来说降幅都较小。因此,在挡块强度确定的情况下,挡块间隙的变化对支座变形、主梁位移以及墩柱剪力和曲率等地震响应影响不大,通过挡块间隙参数的变化,可对桥梁地震响应进行一定的优化,且当挡块间隙为0.02m时优化效果最好。(5)在30%挡块强度的基础上,随着板式橡胶支座摩擦系数的增加,主梁与支座间的摩擦力增大了,支座的横向变形和主梁的横向滑移因此得到一定程度的控制,但当摩擦系数超出某个范围后,支座摩擦系数的变化对改变支座变形和主梁位移几乎没有作用。由于矮墩上支座和挡块的破坏,而高墩上支座和挡块基本都处于弹性状态,因而摩擦系数增长的过程实质上是支座把增大的摩擦力传递给桥墩的过程。总的来说,在挡块强度确定的情况下,摩擦系数的变化对支座变形、主梁位移以及墩柱剪力和曲率等地震响应影响不大。(6)随着地震动PGA的增加,各墩柱的墩底截面曲率、屈服程度在不断增加,但屈服程度的增幅很小;支座的最大变形不断增加,而墩柱抗剪参数在挡块破坏前增幅很大,挡块破坏后增幅很小。(7)在30%挡块强度的基础上,当其位于高墩且PGA=1.0g时挡块仍处于正常工作状态;而当其位于矮墩上且PGA=0.6g时挡块就基本上进入了完全破坏状态。这就使得高墩上的支座均不破坏,而矮墩上的支座在PGA为0.4g内不破坏,在0.7g时会发生轻微破坏。(8)在进行典型构件的地震易损性分析时,随着PGA的增加,各墩柱各级损伤状态的超越概率和各支座各级损伤状态的超越概率均在不断增大;且在同一地震动强度下,低等级损伤状态发生的概率越大。随着各墩柱和支座破坏状态的发展,损伤状态逐渐加重,但超越概率也逐渐趋于平缓。在进行桥梁结构的易损性分析时,随着PGA的增加,体系损伤状态的超越概率不断增大;虽然构件之间不同损伤状态的超越概率存在差异,但个体之间的差异对桥梁整体系统损伤状态超越概率的影响较小,而且桥梁系统比任一构件都更容易发生损伤。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U442.55
【图文】：

挡块,震害

（c）顺河大桥（d）映秀岷江大桥图 1.2 汶川地震中典型挡块震害图在国内现行的桥梁抗震规范中，不管是《公路桥梁抗震设计细则》[17]、《公筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范》[18]《公路工程抗震规范》[19]等重要，都没有对钢筋混凝土横向限位挡块的详细设计方法、细部构造及其性能目标明确规定，仅将其作为一种构造措施，这就导致了桥梁工程人员忽视对挡块的，不能充分发挥挡块的作用。汶川大地震和玉树地震造成严重的桥梁震害中，地震区域大量桥梁的板式支座发生屈服滑移、挡块破坏、主梁横向位移过大，但桥墩相对损伤较轻[20-2此看来，在强震作用下，可以允许板式橡胶支座发生滑动可以有效保护下部结证明了挡块延性破坏对桥墩及基础是有利的。因此，合适的挡块与板式橡胶支成的准隔震体系(quasi-isolation)[22-23]，在一定强度地震下达到既能限制上部结移，又能减小下部结构损伤的目的，这也是本文研究的重点。震后，徐略勤等针对钢筋混凝土挡块开展了一系列的试验和数值模拟研究，并提出了挡块的分型和设计方法，可为本文的研究工作提供参考。

曲线,弯矩曲率,钢筋混凝土,曲线

第二章基于 OpenSEES 的连续梁桥分析模型与动力特性研究( ) ( )( ) ( ) 1cov covcov1ny si yi siincore y core er y er si core eriydA A yydA ydA A ++ + 中，积分项代表混凝土的内力合力，求和项代表钢筋应考虑对保护层混凝土和核心混凝土取不同的应力、核心混凝土和钢筋的的应力应变关系已知的情况分方法（如梯形法或 Simpson 法），通过计算机程序对算，得到截面的弯矩曲率关系曲线。在计算截面的用曲率增量或应变增量法，对一系列曲率值计算相应限曲率为止，可得到截面的弯矩曲率曲线如图 2.7

振型,桥墩,主梁,横摆

重庆交通大学硕士学位论文振周期及振型公式（2.23）所示的多自由度体系自由振动方程，可以和振型，见表 2.3 和图 2.17-2.26。表2.3 桥例一自振周期及振型描述周期频率振型描述2.319 0.431 主梁纵飘+桥墩纵2.051 0.487 主梁横摆+桥墩非同1.853 0.540 主梁横摆+桥墩同步2.319 0.431 主梁横弯+桥墩同步1.678 0.596 主梁横摆+桥墩非同1.413 0.708 桥墩同向纵弯0.815 1.226 桥墩同向纵弯0.810 1.234 桥墩反向纵弯0.581 1.720 主梁横弯+桥墩异向0.581 1.720 主梁横弯+桥墩异向

【参考文献】