强震区桥梁抗震挡块强度退化模型及其应用

钢筋混凝土抗震挡块作为强震区桥梁的重要受力构件,强震下往往率先发生严重破坏,而现行规范中尚未明确给出挡块的抗震设计方法及其分析模型。为此,在揭示钢筋混凝土抗震挡块斜截面破坏机理的基础上,基于刚体转动平衡方程推导了考虑混凝土残余抗拉强度和钢筋变形协调性的3类挡块强度计算公式,并通过能量等效原理建立了挡块强度双折线退化模型。以九度区一座近断层的中小跨径梁桥为例,通过剪切铰模型模拟挡块强度双折线退化,进而探讨挡块承载力下降对桥梁下部结构地震需求的影响。研究结果表明:所提抗震挡块强度计算公式及其强度退化模型能够较为精确地预测挡块的力学特征(计算平均误差小于5%),采用剪切铰模型能够合理地模拟挡块在强震下的损伤行为;强震作用下,不考虑抗震挡块碰撞效应的影响将低估桥梁下部结构的地震需求,会导致不安全的设计结果;而仅考虑挡块刚性碰撞(不考虑挡块承载力下降)则会高估桥梁下部结构的地震需求,容易造成不必要的浪费;抗震挡块不仅起到限制主梁横向位移的作用,而且挡块的损伤一定程度上起到消耗上部结构地震力的作用;考虑所提挡块强度退化后,能准确反映主梁与挡块之间的碰撞力对桥梁下部结构地震需求的影响。所提的挡块强度退化模型及其模拟方法可为九度区中小跨径梁桥的抗震设计提出借鉴。

不同挡块形式对中小跨径梁桥横向抗震性能的影响

针对我国汶川地震中小跨径梁桥的典型震害特征,提出一种新型摩擦型挡块代替常规混凝土挡块作为桥梁横向限位装置;然后以一座三跨连续梁桥为例,在考虑板式橡胶支座滑动、挡块非线性等力学因素的基础上,对分别采用常规混凝土挡块和摩擦型挡块时结构的横向地震反应特点进行了分析计算。结果表明,与常规混凝土挡块相比,摩擦型挡块通过自身的摩擦滞回耗能可以有效地降低结构的地震响应,大大改善结构的抗震性能。