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。

高速公路多联连续梁桥隔震研究

针对高速公路多联连续梁桥的抗震问题,本文对铅芯橡胶支座和摩擦摆支座进行了隔震效应分析与设计优化。本文基于多联有限元模型和非线性时程分析方法,分析了多联体系下各墩地震响应的差异,及铅芯橡胶支座和摩擦摆支座的隔震和耗能效果,并对隔震支座的参数布置进行了优化。结果表明:多联桥梁交界墩的地震响应较联内墩一般增大20%以上,交界墩上部结构跨径差异较大时甚至可达75%。铅芯橡胶支座位移限制能力和大震耗能更好,且屈服前刚度越大、屈服强度和屈服后刚度越小,滞回耗能能力越强;摩擦摆支座小震时即可发挥其隔震效果,且滑动摩擦系数越小、曲率半径越大,隔震效果越好。通过在交界墩布置更多隔震支座可在保证一定隔震率的同时改善桥墩受力不均匀的问题,具有一定的工程参考价值。

基于摩擦摆支座的高速铁路简支梁桥减隔震效果分析

为研究摩擦摆支座在高速铁路简支箱梁桥的减隔震效果,以24、32、40m典型跨径高速铁路简支梁桥为研究对象,采用MIDAS/Civil有限元软件分别建立传统抗震体系和减隔震体系模型进行非线性动力时程分析,研究桥梁墩高、桥梁跨径和地震动峰值加速度(PGA)等因素对简支梁桥地震响应的影响。研究结果表明:桥墩墩高和截面形式对墩底内力和墩顶位移的减震效果有较大影响,但在5~20m墩高内受墩高的影响更为显著;墩高从5m增加到20m时,墩底内力减震率分别为80%、35%,墩高从25m增加到45m时,墩底内力减震率分别为46%、37%;桥梁跨径对结构减震率有一定影响,但在10%以内;PGA对墩底内力和墩顶位移的减震率总体上影响较小;墩高和PGA对FPB支座位移影响较大,PGA影响更为显著,支座位移增大倍数明显大于对应的PGA增加倍数。

济南某复杂综合体结构设计难点研究

济南某复杂综合体项目由两座约90m高塔楼+大底盘商业裙房+低区U形幕墙+高区拱形连桥组成,高区连体建筑采用铅芯橡胶隔震支座与塔楼相连,低区采用两端固定铰支座与塔楼相连,为大底盘多塔复杂连体结构。塔楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系,高区拱形连桥采用钢结构空腹桁架结构体系,低区U形幕墙采用劲性索体系。针对工程特点,着重阐述了大底盘裙房不分缝可行性及低、高区弱连体的合理支座形式,提出了采用两端固定铰U形劲性索的弱连体新形式。结果表明:低区U形幕墙采用两端固定铰连接形式,高区连桥采用铅芯橡胶隔震支座连接形式均能较好地实现弱连接,保证塔楼和连桥的抗震性能。

竖向地震动对斜交连续梁桥的影响研究

为充分了解竖向地震动对斜交连续梁桥的影响,以某3×30m斜交连续梁桥为背景,利用OpenSees软件建立考虑碰撞效应的计算模型,采用时程分析法对比研究了在两种地震动(水平双向地震动和三向地震动)输入工况下对桥梁支座、碰撞效应,以及桥面位移、桥面转角的影响。分析结果显示:考虑竖向地震动后,全桥支座的纵、横向剪切力均有增长,各支座竖向力的变化幅度均很明显,尤其以桥台处支座最为显著;桥台处支座更容易出现剪切、挤压破坏或脱空;由于竖向地震动作用,支座的临界剪切力增大,使其约束作用增强,导致桥面纵、横向位移减小,主梁与桥台、挡块之间的碰撞效应明显减弱,桥面的旋转程度呈现较大降低。

基于局部测点模态测试的简支梁桥承载刚度评定试验研究

快速可靠地检测服役桥梁的承载刚度对保障道路交通线路的安全运营具有重要意义。文章提出一种基于局部测点模态测试的简支梁桥承载刚度评定方法,并以某实际工程中一座简支梁桥为试验对象,对所提方法的可行性和准确性进行验证。设计传统桥梁荷载试验的中载和偏载加载方案,测得各工况下简支梁桥跨中截面的实测静挠度,基于环境激励进行联合测点模态试验和局部测点模态试验,预测简支梁桥跨中截面的模态挠度,并结合桥梁理论挠度计算结构挠度校验系数。结果表明:中载、偏载工况下联合测点模态试验预测的跨中截面模态挠度与静载试验跨中截面实测静挠度的相对误差最大不超过5.7%,基本满足工程精度的要求;联合跨中截面测点和桥面加载点测点的联合测点模态试验能够准确评估桥梁的承载刚度;仅在跨中截面布置传感器的局部测点模态试验预测的模态挠度基本等价于联合测点模态试验预测的模态挠度,两者的相对误差小于2%,局部测点模态测试预测的跨中截面挠度校验系数与静载试验的实测挠度校验系数相比具有很好的一致性。

墩高对应用LNR支座简支梁桥抗震性能的影响

LNR水平力分散型橡胶支座以低剪切刚度适应大剪切位移,实现桥梁下构水平力分散,协调墩台抵抗水平力。为研究LNR支座在不同墩高桥梁上的抗震性能,以板式橡胶支座为参照,以标准跨径为40 m的多跨公路简支梁桥为对象,在不同墩高范围对采用2种支座的桥梁进行动力分析,并对比结构动力响应,评估LNR支座的抗震性能。结果表明,相对于板式橡胶支座,LNR支座能延长结构的自振周期,降低桥梁地震内力。随着墩高增加,LNR支座在纵向地震下的优势显著下降,在横向地震下的优势下降不明显,采用LNR支座的桥梁内力能力需求比也逐渐下降。综合考虑,高墩桥梁采用LNR支座的优势并不明显。

考虑多因素影响的板式橡胶支座桥梁主梁支承长度计算方法研究

为了研究板式橡胶支座桥梁抗震支承长度的需求,针对典型公路混凝土梁桥,考虑强震作用下板式橡胶支座的滑动效应、工程场地类别、抗震设防烈度、曲率半径的影响,分析了地震作用下墩梁相对位移峰值的变化规律,建立了桥梁结构不同基本周期时墩梁相对位移的包络图,提出曲线梁桥墩梁相对位移放大系数建议值;考虑主梁的二次跌落效应、板式支座倾覆稳定性的影响,提出了考虑多种影响因素的板式橡胶支座桥梁主梁支承长度的计算方法,并与各国抗震规范进行对比,分析了所提计算方法的合理性。该计算方法可以对桥梁抗震支承长度的设计起到一定的参考作用。

板式橡胶支座的水平位移特性

为研究曲线梁桥板式橡胶支座在实际运营过程中的受力特性和水平位移发展规律。通过Abaqus建立矩形板式橡胶支座GJZ 500×600×130的有限元模型,对比模型与理论计算的剪切刚度说明了模型的正确性,基于此模型进一步对支座在单次和多次循环位移加载作用下来研究支座水平位移变化规律,然后考虑曲线梁桥板式橡胶支座实际受力情况进行加载,研究支座在变化的竖向压力荷载作用和考虑静动摩擦转变等情况下的位移变化特性,并分析了支座在长期重复荷载作用下的残余变形的发展规律。结果表明:通过此方法建立的支座有限元模型能够较好地模拟支座与上部结构之间的摩擦行为,精确的计算支座的剪切变形和滑动位移;动态的竖向压力作用对支座剪切变形阶段基本不受影响,但对滑动变形阶段有较大大的影响;支座由静摩擦转变为动摩擦时,其水平力和剪切变形会突然减小;支座的残余变形会随着加载次数的增加而累积增大,但增长幅度随着加载次数增长而减小。

强震下简支梁桥损伤研究及支座参数分析

随着西部开发战略和城镇化建设的不断推进,越来越多的桥梁靠近甚至跨越活动断层,受断层地震动的影响显著。为模拟强震下某简支梁桥的倒塌过程,基于LS-DYNA平台建立该桥的三维有限元模型。通过桥梁倒塌分析和地震响应分析,研究强震作用下简支梁桥的损伤机理,并分析支座剪切刚度对简支梁桥倒塌过程和地震响应的影响。研究表明:地震作用下简支梁桥的倒塌破坏模式主要为桥墩底部混凝土大面积失效而引起的桥墩承载能力不足,进而导致整个桥梁出现倒塌;随着地震荷载的不断作用,简支梁桥的桥墩依次经历正常运行阶段、损伤演变阶段以及倒塌阶段,提高支座剪切刚度会增加桥墩的损伤演变阶段持续时间;支座剪切刚度的提高增大了梁体与桥墩间约束,减小了支座变形,从而降低了简支梁桥位移响应和梁-梁间碰撞效应;不考虑单元失效的桥梁地震响应大于单元失效时的地震响应,桥梁地震响应随着单元失效越来越大。

高速铁路混凝土简支箱梁桥地震偏移顶升与复位

某高速铁路线上的9座32、24 m预应力混凝土简支箱梁桥因地震发生梁体与支座连接螺栓剪断、梁体偏移等病害,需对桥梁震害进行整治,不切断钢轨、不扒除道砟,对梁体进行顶升与纠偏复位,并更换损坏的支座螺栓。仅顶升的梁体采用300 t单向顶升千斤顶,需纠偏复位的梁体采用300 t级三向千斤顶,每个支座布置2台,1孔梁共8台,千斤顶横桥向中心距2.77 m,顺桥向中心距0.8 m。对于梁体未偏移但需更换支座螺栓的梁跨,采用单墩四支座同步顶升;对于梁体偏移且需更换支座螺栓的梁跨,采用两墩八支座同步顶升。纠偏复位梁体时,采用PLC同步液压控制系统控制千斤顶同步顶升和平移,竖向位移控制在5 mm内。采用该技术顺利完成整治施工,实测梁体混凝土横向最大拉应力1.7 MPa,钢轨应力增量18 MPa,横向纠偏力1600 kN,纵向纠偏力3850 kN。

中等烈度区矮墩小箱梁桥的减震体系研究

中小跨度小箱梁桥普遍采用板式橡胶支座,即使在中等烈度区,当墩高较矮时,地震下主梁与支座间也容易发生滑移,落梁风险较大。以中等烈度区一座4×30m连续小箱梁桥为工程背景,建立常规板式橡胶支座支承体系的桥梁有限元模型,采用非线性动力时程分析方法,进行地震响应分析,提出了板式橡胶支座(允许滑移)+钢阻尼器的组合减震体系,并对其减震效果进行了分析。结果表明:板式橡胶支座+钢阻尼器的组合减震体系可以有效控制主梁纵横向位移,在一定程度上减小下部结构地震内力。

考虑支座摩擦滑移的高墩弯桥地震响应分析

为研究高墩弯桥在考虑支座摩擦滑移后地震响应的特点和规律,采用Midas civil软件建立了2联连续弯桥有限元模型。基于板式橡胶支座的双折线恢复力模型,研究了支座剪切刚度对地震响应的影响规律。研究结果表明:考虑支座的摩擦滑移效应后,墩顶最大位移减小了5.5%,墩底最大弯矩减小了4.7%,墩底最大剪力增大了27.1%;随着支座剪切刚度的增加,墩底弯矩和墩顶纵向最大位移先增大后减小,墩底剪力和梁体纵向最大位移逐渐减小。

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.

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。

防落梁板式橡胶支座抗震性能分析

针对板式橡胶支座在地震作用下存在落梁风险的问题,开发了防落梁板式橡胶支座(unseating-prevention laminated rubber bearing,URB).在介绍该支座基本情况的基础上,以高烈度区典型预制桥梁为例进行罕遇地震作用分析,并对该支座的基本参数进行了研究.分析结果表明:该防落梁板式橡胶支座可通过钢丝绳限制桥梁上、下部结构间发生过大的相对位移,既可保护支座,又能降低落梁风险;虽然会增大桥墩的地震响应,但通过调整钢丝绳参数可降低这种不利影响;钢丝绳初始间隙和拉伸刚度是该防落梁板式橡胶支座的主要参数,初始间隙要同时满足正常使用和地震作用的要求,拉伸刚度应结合支座本身及桥墩受力确定.

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。

高烈度区连续梁桥的减震设计方法研究

本文以高烈度区的某三跨连续梁桥为例,分别采用基础隔震和消能减震两种措施进行结构的减震分析;针对隔震结构减震效果好但主梁位移过大的特点,提出了在采用铅芯橡胶隔震支座的同时设置粘滞阻尼器的减震方案,其非线性时程分析结果表明,该方案能有效地降低结构的地震反应,可供工程实践参考。

成昆铁路矮塔斜拉桥设计关键技术

成昆铁路攀枝花金沙江大桥采用跨径布置为(120+208+120)m的预应力混凝土矮塔斜拉桥。主梁采用变高度单箱双室预应力混凝土箱梁;桥塔采用H形钢筋混凝土结构,桥面以上塔高28m,塔高与跨径之比为1/7.5;斜拉索采用1 860MPa环氧涂层钢绞线,斜拉索穿过塔上分丝管索鞍后锚固于主梁上。该桥采用塔梁固结、墩梁分离的三摩擦副双曲面摩擦摆减隔震支座+剪力榫组合支承体系,不仅解决了桥梁的抗震,还有利于列车的平稳运行和梁端伸缩装置的设置;针对矮塔斜拉桥的特点,基于索梁活载比确定斜拉索索力和梁体预应力钢束的配置。对该桥进行车-桥耦合动力分析,分析结果表明桥梁的动力性能和列车过桥时的安全性与舒适性均满足规范要求。

曲线PC箱梁桥隔震体系的非线性分析

为了改善曲线PC箱梁桥的抗震性能,基于空间有限元法,采用非线性弹簧单元模拟铅芯橡胶支座,考虑了减隔震支座的非线性特性,以一座三跨曲线PC连续箱梁桥为例,分别对设置板式橡胶支座及铅芯橡胶支座的结构体系进行了非线性动力时程地震响应分析,并研究了铅芯橡胶支座在曲线梁桥中的减隔震效果。分析结果表明:铅芯橡胶支座具有很好的减隔震效果,能显著降低下部结构的地震响应值;多维地震荷载作用下,曲线箱梁桥的受力更为不利。