擋塊對(duì)典型連續(xù)梁橋板式橡膠支座隔震效果的影響研究.pdf

1、在國(guó)內(nèi)，中小跨徑簡(jiǎn)支梁橋或連續(xù)梁橋在道路交通運(yùn)輸系統(tǒng)中扮演著極為重要的角色。這類橋梁一般采用板式橡膠支座，并在墩、臺(tái)上設(shè)置鋼筋混凝土抗震擋塊，構(gòu)成上部結(jié)構(gòu)抗震體系。本文以汶川地震中普遍出現(xiàn)的擋塊破壞、支座破壞、主梁落座甚至落梁等震害為研究背景，選取了三座不同墩高布置的典型橋例，建立了考慮板式橡膠支座滑移現(xiàn)象和擋塊非線性滯回特性的三維分析模型，采用參數(shù)分析了擋塊強(qiáng)度（為各墩處恒載反力的百分?jǐn)?shù)）、擋塊變形能力、擋塊與主梁間的初始間隙和支座摩

2、擦系數(shù)等參數(shù)對(duì)三座橋例地震響應(yīng)的影響，以及由此導(dǎo)致的橋梁上部結(jié)構(gòu)的橫向位移特征和下部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化規(guī)律。最后，通過(guò)IDA分析方法，對(duì)墩柱曲率、墩柱抗剪、支座最大變形隨PGA的變化規(guī)律進(jìn)行了分析，對(duì)橋梁關(guān)鍵構(gòu)件和橋梁系統(tǒng)進(jìn)行了易損性研究。主要研究結(jié)論有:
　　(1)三個(gè)橋例分別采用了單矮墩結(jié)構(gòu)(橋例HSH)、雙矮墩結(jié)構(gòu)(橋例SHS)、全矮墩結(jié)構(gòu)(橋例SSS)，研究表明不同墩高布置決定了橋梁的橫向剛度分布，導(dǎo)致每個(gè)橋例中高墩和矮墩受力

3、上有很大的差異，矮墩受力明顯更不利，矮墩上支座的變形、墩柱的內(nèi)力均比高墩的大，矮墩本身及矮墩上的支座發(fā)生同一損傷程度的超越概率比高墩大。
　　(2)隨著擋塊強(qiáng)度的增加，橋梁的橫向剛度增大，擋塊可明顯降低支座的橫向變形和主梁的橫向位移，發(fā)揮限位作用，但同時(shí)也會(huì)將主梁慣性力更多地傳遞給墩柱，使得墩底剪力和墩底截面的曲率需求不斷增大。參數(shù)分析表明，擋塊強(qiáng)度是控制墩柱屈服程度最重要的因素，決定著橋墩的屈服程度;總的來(lái)說(shuō)，30％強(qiáng)度的擋塊一

4、方面可以控制支座變形，使其不發(fā)生嚴(yán)重的破壞，另一方面也不至于過(guò)度增大墩柱的地震內(nèi)力。
　　(3)在30％擋塊強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，隨著擋塊變形能力的增加，支座變形、主梁位移以及墩柱剪力和曲率響應(yīng)在增加，但增加幅度很小;當(dāng)擋塊的變形能力足夠大而不會(huì)在地震中發(fā)生破壞時(shí)，擋塊雖然限制住了主梁的滑動(dòng)，但此時(shí)擋塊所產(chǎn)生的大變形并不能使支座變形、墩柱剪力和曲率響應(yīng)明顯降低?？偟膩?lái)說(shuō)，在擋塊強(qiáng)度確定的情況下，擋塊變形能力的大小對(duì)支座變形、主梁位移以及墩

5、柱剪力和曲率等地震響應(yīng)只能產(chǎn)生小幅的影響，且當(dāng)擋塊變形能力為0.15m時(shí)橋梁整體地震響應(yīng)最小。
　　(4)在30％擋塊強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，隨著擋塊與主梁間隙的增加，主梁自由滑動(dòng)的空間增大了，直接導(dǎo)致了主梁位移和支座變形的增大;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，但總體來(lái)說(shuō)降幅都較小。因此，在擋塊強(qiáng)度確定的情況下，擋塊間隙的變化對(duì)支座變形、主梁位移以及墩柱剪力和曲率等地震響應(yīng)影響不大，通過(guò)擋塊間隙參數(shù)的變

6、化，可對(duì)橋梁地震響應(yīng)進(jìn)行一定的優(yōu)化，且當(dāng)擋塊間隙為0.02m時(shí)優(yōu)化效果最好。
　　(5)在30％擋塊強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，隨著板式橡膠支座摩擦系數(shù)的增加，主梁與支座間的摩擦力增大了，支座的橫向變形和主梁的橫向滑移因此得到一定程度的控制，但當(dāng)摩擦系數(shù)超出某個(gè)范圍后，支座摩擦系數(shù)的變化對(duì)改變支座變形和主梁位移幾乎沒(méi)有作用。由于矮墩上支座和擋塊的破壞，而高墩上支座和擋塊基本都處于彈性狀態(tài)，因而摩擦系數(shù)增長(zhǎng)的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是支座把增大的摩擦力傳遞給橋

7、墩的過(guò)程。總的來(lái)說(shuō)，在擋塊強(qiáng)度確定的情況下，摩擦系數(shù)的變化對(duì)支座變形、主梁位移以及墩柱剪力和曲率等地震響應(yīng)影響不大。
　　(6)隨著地震動(dòng)PGA的增加，各墩柱的墩底截面曲率、屈服程度在不斷增加，但屈服程度的增幅很小;支座的最大變形不斷增加，而墩柱抗剪參數(shù)在擋塊破壞前增幅很大，擋塊破壞后增幅很小。
　　(7)在30％擋塊強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，當(dāng)其位于高墩且PGA=1.0g時(shí)擋塊仍處于正常工作狀態(tài);而當(dāng)其位于矮墩上且PGA=0.6g時(shí)擋

8、塊就基本上進(jìn)入了完全破壞狀態(tài)。這就使得高墩上的支座均不破壞，而矮墩上的支座在PGA為0.4g內(nèi)不破壞，在0.7g時(shí)會(huì)發(fā)生輕微破壞。
　　(8)在進(jìn)行典型構(gòu)件的地震易損性分析時(shí)，隨著PGA的增加，各墩柱各級(jí)損傷狀態(tài)的超越概率和各支座各級(jí)損傷狀態(tài)的超越概率均在不斷增大;且在同一地震動(dòng)強(qiáng)度下，低等級(jí)損傷狀態(tài)發(fā)生的概率越大。隨著各墩柱和支座破壞狀態(tài)的發(fā)展，損傷狀態(tài)逐漸加重，但超越概率也逐漸趨于平緩。在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的易損性分析時(shí)，隨著PGA