摇摆-自复位双层桥梁排架墩抗震体系研究

为实现摇摆-自复位(Rocking Self-Centering,RSC)双层桥梁排架墩的地震损伤控制设计和震后功能快速恢复,结合外置角钢、耗能钢筋、无黏结预应力筋设计了仅上层摇摆(模型1)、仅下层摇摆(模型2)以及双层均摇摆(模型3)的3种RSC双层排架墩。同时设计了一个普通钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)双层排架墩(模型4)作为参考。建立了不同排架墩的抗震数值分析模型,并结合1个RSC单层排架墩的拟静力试验结果验证了建模方法的准确性。定义了RSC双层排架墩在强震下的失效准则,分析了近断层地震动下各双层排架墩的地震反应。结果表明:与普通RC双层排架墩相比,各RSC双层排架墩基本自振周期显著增大。PGA为0.1g时,RSC双层排架墩的角钢屈服并耗能。PGA为0.4g时,普通RC双层排架墩的层间残余位移角为0.82%,RSC双层排架墩的层间残余位移角接近0,且各RSC双层排架墩中预应力筋均未屈服;除模型1中的外置角钢未被拉断破坏外,其余模型中的角钢均被拉断。模型4下层桥墩截面的曲率延性系数远大于模型1下层(非摇摆层)桥墩以及模型2上层(非摇摆层)桥墩截面的曲率延性系数值。

近断层竖向地震动下双层桥梁排架墩抗震性能分析

为研究近断层竖向地震动对钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)双层桥梁排架墩地震反应的影响,以某双层高架桥设计资料为依据,建立其抗震数值分析模型.选取40组近断层地震动记录,对模型分别输入水平单向地震动和水平向+竖向地震动,对比分析了双层排架墩在两种加载方式下地震反应.结果表明:与水平单向地震动下的反应相比,在水平向+竖向地震动作用下,排架墩的反应显著增大.顶层桥墩层间最大位移角、残余位移角分别增大了85%和80%;顶层桥墩墩底截面纵筋最大应变、曲率延性系数分别增大了87%和70%.底层桥墩层间最大位移角、残余位移角分别增大了40%和26%;底层桥墩墩底截面纵筋最大应变、曲率延性系数分别增大了33%和18%.考虑竖向地震动时,底层及顶层桥墩均可能轴向受拉,而水平单向地震动下桥墩均处于受压状态.近断层水平向+竖向地震动作用下RC双层桥梁排架墩的损伤破坏远大于仅考虑水平向地震动时的损伤破坏.

基于RSC体系的双层桥梁排架墩地震损伤控制设计

为实现钢筋混凝土(RC)双层桥梁排架墩的地震损伤控制设计,提出将上层桥墩设计为装配式摇摆-自复位(RSC)结构,下层桥墩设计为装配式承插连接,但不发生摇摆反应的双层桥梁排架墩。给出新型排架墩中无黏结预应力筋、耗能角钢等的设计方法。以甘肃省洛塘河大桥非规则双层排架墩为原型,建立普通RC与新型RSC两种双层排架墩抗震数值分析模型,并结合太平洋地震工程研究中心(PEER)完成的RSC排架墩振动台试验结果验证建模方法的准确性。在此基础上,完成RC与RSC排架墩模型在40条近断层地震动下的动力时程分析,对比分析2种排架墩的抗震性能。研究结果表明:RSC排架墩上层桥墩最大层间位移角略大于普通RC排架墩的上层桥墩最大层间位移角,但RSC排架墩下层桥墩最大层间位移角仅为普通RC排架墩下层桥墩最大层间位移角的47%;RSC排架墩上、下层桥墩层间残余位移角仅为普通RC排架墩上、下层桥墩层间残余位移角的2%左右;RSC排架墩可显著降低下层桥墩的地震剪力需求,无黏结预应力筋应力保持弹性,耗能角钢易屈服耗能但未拉断,验证了所建议的双层桥梁排架墩地震损伤控制设计方法的合理性。