考虑不同摩擦界面的板式橡胶支座滑动力学特性试验

板式橡胶支座广泛应用于我国量大面广的中小跨径公路梁桥中,由于其放置形式而受到钢及混凝土界面的约束作用,加之其构造特点进而易于在不同摩擦界面发生非常规的滑动行为。为此,基于钢板+混凝土板、钢板及混凝土板三类摩擦界面,设定不同的竖向压应力及加载速率两类滑动条件,通过支座拟静力加载以对比分析其变形状态及滞回行为,系统探讨不同摩擦界面的支座滑动、刚度、摩擦、耗能及恢复力特性。结果表明:板式橡胶支座变形现象为剪切变形、翘曲卷边和滑动,滞回环由狭长梭形逐渐变为双线性;不同摩擦界面及不同滑动条件在相同加载等效剪切应变条件下的变形阶段及变形状态相异;橡胶的黏结效应使之与摩擦界面间产生附着摩擦作用,导致支座在滑动过程中出现力学性能的变化,恢复力模型可取为三折线;由于附着摩擦作用的差异,钢板+混凝土板及钢板的界面摩擦因数与滑动速率呈正相关,与压应力呈负相关,而混凝土板的界面摩擦特性不稳定,对应摩擦因数与两类滑动条件皆呈负相关趋势;总体而言,钢板+混凝土板的界面摩擦因数较小,相应支座滑动力较小,剪切刚度较小,呈现为滑动位移较大,耗能充分,其次分别为钢板和混凝土板。

寒区环境温度对板式橡胶支座连续梁桥地震易损性影响研究

针对现行规范对寒区桥梁减隔震设计中仅考虑橡胶支座力学特性受环境温度作用影响,而忽略桥墩混凝土材料特性受温度影响的不足,以高寒地区一座两联3×30 m混凝土连续梁桥为背景,开展不同环境温度下桥墩混凝土材料抗压性能试验,确定温度对其力学参数的影响,基于试验结果对不同环境温度下的桥墩混凝土力学参数进行修正,从而建立不同环境温度下的全桥精细化非线性有限元模型,并基于增量动力分析(IDA)法探究不同环境温度下该桥的地震易损性。结果表明:极端温度引起桥墩混凝土材料参数和支座刚度的改变,使得该桥自振频率随着温度的升高而降低;地震作用下,极端低温时桥墩墩顶位移较常温增大了26.8%,而极端高温时支座位移增大了19.4%;根据现行规范计算的极端低温时支座和桥梁系统的损伤概率偏小,极端高温时结构和构件的损伤概率偏大,在设计中应予以重视;极端低温下桥墩、支座及桥梁系统的损伤概率,较常温分别增大45.0%、35.2%和27.5%,对于高寒地区该类桥梁设计时需考虑低温对其抗震性能的影响。

桥梁板式橡胶支座开裂力学性能

为了研究板式橡胶支座开裂后的力学性能,为桥梁的养护和设计提供更科学的依据,进一步明确支座开裂后裂缝宽度、深度以及裂缝深度对支座力学性能的影响;针对公路桥梁板式支座开裂的问题,利用大型有限元分析软件,建立了不同裂缝宽度、深度和不同开裂层数等多种病害工况下的有限元模型,构建了支座开裂与支座性能衰减间的关系,并对支座在不同病害程度下的力学性能进行了对比分析。结果表明:裂缝宽度较小且开裂层数较少时,开裂对支座受力性能影响很小;当裂缝宽度小于2 mm,裂缝层数小于3层时,对支座竖向位移影响较小,但对支座橡胶最大拉应力和钢板应力影响较大;当裂缝宽度大于2 mm后或支座开裂层数大于3层,对支座的受力性能影响较大。建议将裂缝宽度小于0.5 mm,裂缝层数小于3层,支座病害等级定为Ⅱ级;将裂缝宽度在0.5~1 mm之间,裂缝层数小于3层,支座病害等级定为Ⅲ级;裂缝宽度在1~2 mm之间,裂缝层数小于2层,支座病害等级定为Ⅳ级;裂缝宽度大于2 mm或支座开裂大于3层,支座病害等级定为Ⅴ级,该分级建议可为桥梁板式橡胶支座相关评定标准修订提供参考。

自然老化服役后板式橡胶支座摩擦滑移性能试验研究

为了解自然老化服役后板式橡胶支座的摩擦滑移性能,取实际桥梁中服役10年的7个板式橡胶支座进行摩擦滑移试验,分析不同竖向压应力下支座摩擦滑移规律,研究自然老化板式橡胶支座的水平弹性刚度、摩擦系数及耗能能力等,并对比人工热老化支座的相关性能。结果表明:相同服役年限的自然老化板式橡胶支座老化程度并不相同;自然老化板式橡胶支座摩擦系数随着竖向压应力的增大而减小,水平弹性刚度随着竖向压应力的增大而增大;压剪作用对老化板式橡胶支座的耗能能力影响较小,但需要注意累积的摩擦滑移会使支座耗能能力降低。自然老化板式橡胶支座(试验值)相较于未老化支座(理论值)的表面摩擦系数有所降低,但水平弹性刚度明显增大;自然老化板式橡胶支座水平弹性刚度增大幅度远高于人工热老化的板式橡胶支座,人工热老化研究严重低估了自然老化对板式橡胶支座的危害。

板式橡胶支座梁式桥准隔震体系参数组合研究

目的提出纵横桥向分别设置X型弹塑性钢挡块、黏滞阻尼器与板式橡胶支座进行组合的方法,形成板式橡胶支座梁式桥准隔震体系来提高桥梁的抗震性能,克服采用板式橡胶支座的梁式桥限位能力、自复位能力不足等缺陷。方法应用OpenSees有限元软件建立一座四跨连续梁桥全桥精细化模型,通过主梁位移、桥墩内力、支座剪力与位移等地震响应对X型弹塑性钢挡块和黏滞阻尼器进行了力学性能参数分析。结果横桥向X型弹塑性钢挡块与板式橡胶支座的组合可以有效控制梁体在地震作用下的位移,基本消除震后残余位移,且在合理选择挡块力学性能参数的情况下,能够有效降低支座承受的剪力与位移,同时减小传递到桥梁下部结构的惯性力以起到保护作用;纵桥向黏滞阻尼器和板式橡胶支座的组合,采用较为合理的参数选择可以一定程度上减小梁端的最大位移和残余位移,且大大降低了墩柱所承受的内力,确保桥梁下部结构免受严重损伤。结论板式橡胶支座与X型弹塑性钢挡块、黏滞阻尼器组合形成的板式橡胶支座梁式桥准隔震体系能够有效提高桥梁的抗震性能,解决强震作用下梁体位移过大的问题。

地震作用下板式橡胶支座滑动的动力性能分析

采用双向滑动支座模型对城市立交桥板式橡胶支座抗滑性能不满足要求、发生滑动时的动力性能进行了分析。通过对单墩模型和一条全线简支梁实际结构的分析,初步得出了板式橡胶支座发生滑动时动力特性的规律以及对结构的影响。

板式橡胶支座滑动摩擦性能试验及其力学模型

针对汶川地震中小跨度梁桥出现的板式橡胶支座滑动的典型震害，对板式支座与钢板间的滑动摩擦性能进行了试验研究，分析了竖向正压力和滑动速率对支座滑动摩擦性能的影响规律，试验结果表明，在发生明显滑动之前，支座以水平剪切变形为主，伴随少量的相对滑动，其名义剪切模量在700～1100kPa之间；板式支座与钢板间的滑动摩擦系数与支座的竖向压应力呈负相关，与滑动速率呈正相关．最后建立了考虑板式支座与钢板间滑动摩擦性能的精细化力学模型，以考虑多种因素对支座滑动效应的影响．

板式橡胶支座滑动性能试验研究

为了研究板式橡胶支座的滑动性能,对其进行了压剪试验,重点考察了竖向面压大小和水平加载速率对支座摩擦系数的影响,以及支座滑动过程中的力学性能。试验结果表明:摩擦系数随着竖向面压的增大而减小,随着水平加载速率的增大呈现先增大后减小的趋势;在加载过程中,支座会出现滑动、脱空和卡压现象,应力应变关系曲线上出现应力突变点;支座滑动前的极限剪应变可达到120%以上。建议设计时,在经济可行的条件下,尽量减少面压;在分析支座的滑移现象时,可偏安全地选取较小的摩擦系数,并关注支座脱空和卡压带来的不利影响。

板式橡胶支座梁桥抗震韧性评估

以我国量大面广的板式橡胶支座梁桥为研究对象,开展板式橡胶支座梁桥抗震韧性评估方法研究.首先阐明了桥梁的通用抗震韧性评估框架,包括桥梁非线性建模、面向韧性评价的地震易损性曲线建立和韧性评估3个模块.其次,针对典型板式橡胶支座梁桥,在OpenSees平台建立非线性有限元模型,进行增量动力分析,采用支座残余位移和峰值位移界定桥梁的损伤状态,构建板式橡胶支座梁桥地震易损性曲线.然后,结合不同损伤状态下板式橡胶支座梁桥的损伤概率和对应的构件功能恢复模型,生成给定PGA下的功能恢复曲线.最后,以等效的桥梁总关闭天数为韧性指标,生成桥梁韧性随PGA的变化曲线.结果表明,当PGA从0.6g增加到1.0g时,桥梁韧性快速下降,等效的桥梁总关闭天数从15 d增加到58 d.

板式橡胶支座滑动的地震响应分析

支座是桥梁中的支承部分,是连接桥梁上部结构和下部结构的重要构件,板式橡胶支座常直接放置于墩顶,水平力传递完全靠接触面间的摩擦力作用,在地震作用下可能会发生滑动。通过建立单墩计算模型,对板式橡胶支座滑动的动力性能进行分析。为了克服由于板式橡胶支座滑动引起的梁体移位震害的不足,以一连续梁桥为研究背景,利用Midas软件进行了非线性时程反应分析,探讨目前板式橡胶支座桥梁所存在的问题,提出将梁桥中对称桥墩处改置一铅芯橡胶支座的地震位移控制方法。结果表明:该方法能够有效地控制支座以及其上梁体的地震位移,减少落梁震害的发生。

考虑板式支座滑动效应的桥梁振动台试验研究

在地震作用中,板式橡胶支座的滑动现象普遍存在,并可能导致梁体移位过大、梁体碰撞甚至落梁等一系列的连锁反应。通过试验对板式橡胶支座的滑动问题进行了研究;试验结果表明:高速公路典型桥梁中板式橡胶支座在还未达到设防地震作用就会发生滑动,很难满足《公路桥梁抗震设计细则》中规定的板式橡胶支座在地震作用下不允许发生滑动的要求;板式橡胶支座上表面先与下表面发生滑动,并且支座上表面滑动也更为频繁、尺度也更大;板式橡胶支座的滑动具有一定的隔震作用,可有效减小桥梁结构的地震反应,但这种隔震作用极不稳定;下部结构的大变形会使支座发生卡压,阻止其滑动位移的进一步扩大,间接发挥了防落梁作用。试验中板式橡胶支座间存在不均匀受压,导致部分桥墩受力过大而提前失效。

板式橡胶支座桥梁纵桥向墩梁相对位移碰撞效应分析

针对典型的板式橡胶支座连续梁桥,考虑强震作用下板式橡胶支座的滑动效应、工程场地类别及地震动特性的影响,研究了相邻桥联间的碰撞效应对纵桥向墩梁相对位移峰值的影响规律。结果表明:随着相邻联周期比的增加,伸缩缝处碰撞次数与最大碰撞力均逐渐减小;墩梁相对位移峰值受地震波特性影响较大,相邻联之间的碰撞未必加剧落梁危险性;长周期联墩梁相对位移峰值受碰撞效应影响较短周期联大。

小半径斜拉桥项目的板式橡胶支座病害机理及治理分析

作为桥梁五大件之一的支座部分,在桥梁的使用安全方面起着极其重要的作用,但是,在日常的检查中往往发现,许多桥梁建成后不久使用后就存在支座剪切变形、支座偏压的现象,对桥梁的使用安全造成了很坏的影响。小半径斜拉桥作为一种特殊的桥梁结构形式,其受力情况较为复杂,受温度效应影响较大,在车辆离心力作用下,容易产生支座变形、脱空现象,影响桥梁使用安全。为有效探究小半径斜拉桥板式橡胶支座的病害产生机理,提高支座病害处治效果,文章依托某公路桥梁工程橡胶支座处治案例,根据桥梁支座病害检测结果,初步推测病害形成原因,分析支座病害产生的原因以及支座破坏后对桥梁产生的不利影响,找到相应的解决不利病害的防治措施,从而降低安装时期支座产生病害的原因及频次,也大大的节约了后期的维修成本。利用数值模拟计算进一步分析了板式橡胶支座的病害产生机理,并提出了具体的处治方案,取得了显著成效,相关研究成果可供同行参考借鉴。

竖向地震对板式橡胶支座滑移效应的影响

为了探究竖向地震动对板式橡胶支座滑移效应的影响,并讨论现行规范中竖向地震动规定的合理性,利用OpenSEES中平滑动支座单元模拟支座的滑移行为,选取了11条典型地震记录,针对某典型桥例,分别按照不考虑竖向地震、考虑实际竖向地震记录和按细则考虑竖向地震三种模式展开对比研究,并同时分析支座滑移摩阻系数的影响规律.结果表明:竖向地震会大幅增加支座的滑移位移响应,最大位移比可达2.59,且随摩阻系数的增大,竖向地震的影响也越大;竖向地震一般会降低墩柱的变形曲率,尤其是纵桥向曲率,且受摩阻系数取值的影响较大;不考虑竖向地震对求解支座滑移位移是偏不安全的,但对求解墩柱曲率是偏安全的.按照细则的做法,即通过对水平地震进行折减来考虑竖向地震,可以得到较可靠的计算结果.

考虑滑移效应的板式橡胶支座力学性能试验研究

板式橡胶支座是公路桥梁减隔震体系的重要组成部分,建立合理的板式橡胶支座力学本构模型是准确建立有限元模型进行桥梁抗震性能分析的关键。对4个板式橡胶支座进行拟静力加载试验,分析竖向荷载对支座力学性能的影响。在此基础上,结合不同阶段的支座行为与滞回曲线确定板式橡胶支座的力学本构模型。结果表明:随加载位移的增加,支座滑动现象明显;拟静力加载试验得到的滞回曲线与本文提出的三折线力学本构模型拟合程度较好。研究为中小跨径梁桥抗震设计和性能评价提供了合理的依据。

板式橡胶支座性能有限元模拟与试验研究

为了研究板式橡胶支座的滑动特性,实测了板式橡胶支座与混凝土间的摩擦系数及其侧向剪切刚度,研究了竖向荷载和加载速率对摩擦系数的影响.试验结果表明:支座的摩擦系数随竖向荷载和加载速率的增大而减小,且实测值大于《公路桥梁抗震设计细则》中的规定值;板式橡胶支座开始滑动时的剪切变形一般相当于橡胶层的厚度,因此可将此指标作为判断板式橡胶支座是否滑动的参考标准.其次,通过建立支座的精细化有限元模型,较好地模拟了支座上下表面的摩擦作用以及由于墩柱大变形产生的支座不均匀受压甚至卡压现象,为准确分析板式橡胶支座桥梁的抗滑性能提供了保证.

板式橡胶支座地震易损性分析

以一中等跨径连续梁桥为研究对象,建立了橡胶支座的滞回特性曲线以及全桥非线性动力分析模型.从太平洋地震工程研究中心(PEER)强震数据库中选取100条地震波,进行了一系列非线性时程分析,得到了橡胶支座的位移反应.根据基于性能的抗震设计思想和地震易损性分析理论,提出了板式橡胶支座4种不同损伤状态损伤指标的确定方法,并由此拟合了谱加速度与支座相对位移延性比之间的关系.基于传统可靠度概率方法,建立了橡胶支座的易损性曲线.分析结果表明,支座在地震作用下的易损性较其他构件更严重,且桥台支座比桥墩支座更容易遭受损坏;增加支座橡胶层厚度或改用聚四氟乙烯滑板支座能很好地改善桥台支座的抗震性能.

板式橡胶支座摩擦滑移抗震性能试验研究

为了研究板式橡胶支座摩擦滑移后桥梁的抗震性能，完成了5个试件在不同竖向荷载作用和往复荷载作用下的拟静力试验，分析了支座摩擦滑移前后的滞回曲线、骨架曲线、支座变形、滑移位移、强度和刚度退化规律以及耗能能力等抗震性能指标．试验结果表明，加载位移较小时，支座主要发生弹性剪切变形，滑动位移较小．当支座剪切变形达到73％一110％时，发生明显滑移，滑移位移与支座所受的竖向荷载和支座规格有关．支座与钢板之间的摩擦系数与施加竖向荷载成反比，摩擦力与竖向荷载成正比，支座加载和卸载刚度基本不变，等效刚度退化明显，但退化到一定值后基本稳定．板式橡胶支座橡胶层厚度的增加会导致支座摩擦耗能性能改变，加载位移相同时，支座自身的剪切变形随之增大，摩擦滑移位移和摩擦耗能则随之减小．

桥梁板式橡胶支座与粘滞阻尼器组合使用的减震性能研究

在分析几种减隔震装置的减震耗能机理的基础上,提出了板式橡胶支座与粘滞阻尼器组合使用的减震措施,并利用非线性时程地震反应分析方法,对这种组合装置的减震性能进行了研究。为了研究阻尼系数、阻尼指数和周期对减隔震桥梁地震反应的影响,作了大量的参数分析,给出了参数的合理取值范围。研究结果表明,组合使用板式橡胶支座和粘滞阻尼器,既能减小结构地震力,又能有效地控制梁体位移及墩、梁相对位移。

地震作用下板式橡胶支座滑移对中小跨径梁桥抗震性能的影响

汶川地震中大量板式橡胶支座出现了滑移。为了充分查明支座摩擦滑移的机理,探明支座滑移对中小跨径梁式桥抗震性能的影响,开展板式橡胶支座的摩擦滑移试验,探讨支座滑移的耗能效果及恢复力模型,研究支座摩擦滑移对典型三跨简支梁桥和连续梁桥地震动力响应的影响规律。研究结果表明:1板式橡胶支座摩擦滑移具有一定的耗能效果,其恢复力模型可以利用双线性曲线描述;2对于简支梁桥,板式橡胶支座的滑移耗能能够有效降低对桥墩抗震能力的需求,达到类似桥墩底部塑性铰耗能的效果,减少桥墩在地震作用下破坏的风险,同时,滑移也将减弱支座对上部结构的约束作用,增大上部结构与桥台间的碰撞效应和累积位移;3对于连续梁桥,支座滑移也起到了消耗地震能量和减小桥梁下部结构内力的效果,但由于滑移距离受梁端桥台的约束,减震效果不如简支梁桥显著。