板式橡胶支座粱桥抗震挡块合理力学性能研究

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s一⋯一s◎板式橡胶支座粱桥抗震挡块合理力学性能研究汤虎[上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海2000921摘要：为了提高板式橡胶支座梁桥的横桥向抗震性能，选择一座典型板式橡胶支座简支梁桥为研究背景，建立考虑支座滑动效应、墩柱弹塑性滞回性能和挡块力学性能的全桥精细化有限元数值模型，采用数值分析方法探讨了钢筋混凝土挡块的合理力学性能参数。结果表明：挡块最大剪力强度取上部结构恒载反力的2O～3O、横向间隙在2～10cm范围内为相对合理的挡块力学性能；提高挡块延性变形能力，可有效控制墩梁相对位移，同时不显著增加桥墩损伤程度。关键词：钢筋混凝土挡块；有限元模拟；精细化模型；板式橡胶支座；参数分析0引言背景，采用非线性连接单元模拟板式橡胶支座滑动效2008年“5．12”汶川大地震造成的损失巨大L1，应和钢筋混凝土挡块力学性能，建立全桥精细化有限震区中小跨径梁桥多采用板式橡胶支座，震害调查发元数值模型，选择国内外地震事件中真实的震动记录现]：板式橡胶支座梁桥典型震害形式为支座滑动后进行横桥向非线性时程地震反应计算，对钢筋混凝土产生过大墩梁相对位移，引起落梁、梁体移位、支座及挡块的合理力学性能取值进行参数研究，提出相应建挡块破坏、伸缩缝碰撞等震害，而墩柱和基础的损伤一议，得到的一些有益结论可供工程实践参考。般较轻。汶川地震前，国内工程设计人员对钢筋混凝土挡1基本计算条件块缺乏足够的重视，挡块往往被定义为限位构造措施。1．1分析桥例但实际上，挡块在限制梁体位移同时，也是地震力传力本文选取汶川震区一座3Oin+30in两跨一联桥途径的重要一环。挡块的强弱直接决定了桥梁结构的面连续的简支梁桥为计算桥例。桥梁整体为双幅总桥受力状态，影响桥梁的整体抗震性能。汶川地震中，绝宽33．5ITI，选取其中一幅作为研究对象。图1给出了大多数桥梁的抗震挡块均有不同程度损伤，大部分挡桥梁结构立面图和横断面图，主梁结构形式为预制小块的尺寸偏小、配筋较少，一些桥梁的挡块自身受损严箱梁，梁高1．6in，单跨上部结构重量为880t；单幅每重，梁体发生较大位移，濒临落梁，影响震后车辆通行。跨5片主梁，每片主梁两端各设置一个板式橡胶支座，显然，通过加大抗震挡块的尺寸和配筋，可有效地限制中墩和边墩均采用普通板式橡胶支座，支座规格GYZ梁体位移、防止横桥向落梁震害的发生，但若挡块设计D600×130mm，板式橡胶支座顶面与梁体支撑钢板接的过于强大，其传递到下部结构的梁体惯性力则大大触；桥墩为双柱式桥墩，墩柱直径1．6m，墩柱中心距增加，桥墩和基础极有可能会出现较大的损伤，对整体为9In，墩柱高度均为8ITI；墩柱顶设盖梁，盖梁高度为桥梁抗震不利。因此，对于板式橡胶支座梁桥横向抗1．7rn，宽度为1．5In，长度为15．2rn。主梁采用C50震设计而言，选择合理的挡块尺寸和配筋、保证合理的混凝土，桥墩和桩基础采用C40混凝土。抗震挡块力学性能，是提高板式橡胶支座简支梁桥横钢筋混凝土挡块构造尺寸及钢筋配置如图2所桥向抗震性能的一个重要手段。示。挡块高度70cm，顶面宽度33Cin，与盖梁交界面本文选择一座典型板式橡胶支座简支梁桥为研究宽度47cm，挡块厚度150cm；挡块内剪切钢筋为8根倒U型HRB33516钢筋，伸人盖梁长度65Cin，挡收稿日期：2015-10—14基金项目：国家“九七三”重点基础研究发展计划块内水平箍筋为7根HRB33512钢筋。钢筋混凝(2013CB03600)土挡块与盖梁的混凝土浇筑方式为整体式浇筑。N0．42015上么姥47 ◎s⋯⋯⋯s——————一6O180Bl墩()立面布置图(单位：cm)嗣期，s图3地震动输入对应反应谱与规范设计反应谱比较(b)横断面图(单位：cm)图1分析桥例结构布霪图1．3自克剞分校开发的结构分析程序的刀釉加州旦一IeeeerrmingSiwmnuullaattiloonnOpenSystem细化有限元鼬：．．，：-、x～篡罢{’(FiberSectton、?qN：墩同性的平滑动支座拟。板式橡胶支座)I(FlatSliderBe_~的滑一动效应，支专座座摩摩擦因数采用““’手～钢筋拟21994年美国Norte地震New⋯瑚蠹2x~1～999iF-Ns分量ChiC誓hi兰凳誓帚一斤纂盂g’图Itt4全桥精细化有限元模型概况路墨桥梁抗蓑震设计细则》确定的位寸饥展”度一948上冯盔兹No．4 ◎N===5、10、15工况下的支座位移，与原挡块工况下桥墩位移延性系数增加幅度均相对较小。由此推的相应值相比，分别下降了24．8、53．7、75．5，断，增加挡块延性变形能力在有效控制梁体地震位移而挡块强度V／N一20、25、3O工况下支座位移的同时，并不显著增加桥墩损伤程度。减小幅度虽没有较小挡块强度工况明显，但也分别下No~hfidgeNewFireHall波8·0降了8．0、8．6、2．1。由此可见，增加挡块延性+5％十V／N=20％变形能力对梁体地震位移控制效果十分明显。—·一V／N=1O％斗v，N=25％6·4——●一V／N=15％V／N=。No~hfidgeNewFireHall波籁p——0-25一一／登4_8+Ⅵ=5％十一ⅥN=2O％／／+lO％+v，N=25％0．20———l5％+一30％趟3．2一●—，——螫、0．15_1．6坦h＼．0．10＼0．0＼．一＼2．02．53．03．54．00．05挡块变形能力放大倍数O．0oChiChiTCU068波2．O2．53．O3．54．03．0挡块变形能力放大倍数-．I---v／N=5％十一V／N=20％-O--l0％斗、"25％2．4ⅥN=l5％—．．一V／N=30％豢1．8—／—一●l●===j-r●’ili趟1．2簦浍蜷__捌0．6如c0．Ol．01．52．02．53．0354．0挡块变形能力放大倍数图11桥墩位移延性系数随挡块延性能力变化关系挡块变形能力放大倍数图12给出了两条地震动输入下挡块强度工况图1O支座最大位移随挡块延性能力变化关系V／N=15在不同延性变形能力下的挡块力与位移从图1l可以看出，随着挡块延性变形能力增加，滞回曲线，可以看出，由于普通钢筋混凝土挡块变形桥墩位移延性系数总体上呈小幅增加趋势，其增幅随能力相对较小，在两条地震动输入下均已基本完全着挡块变形能力增加而逐渐减小；较大挡块强度工况破坏，因而对梁体地震位移的约束作用大大减小。中桥墩位移延性系数增幅相对较大；NorthridgeNew随着挡块延性变形能力逐渐增加，挡块在经历较大FireHall波输入下桥墩位移延性系数增加幅度较变形同时能保证稳定的侧向抵抗力，延性挡块这种ChiChiTCU068波输入下相对较为明显。仍以Chi—稳定侧向抵抗力的提供可对梁体横向位移保持相对ChiTCU068波输人工况为例，挡块变形能力乘以放足够的约束作用，因此能够有效减小墩梁相对位移。大系数一2．5后，6组挡块强度工况下桥墩位移延性虽然挡块能够传递的最大剪力基本保持不变，但由系数与原挡块变形能力工况相应值相比分别仅增加了于挡块延性变形能力增加，使得挡块在限制梁体横4．4、8．7、42．7、15．6、2．1、0．0，仅挡块强向位移过程中保持较大侧向抵抗力的时间相对延长度V／N=15工况增加幅度略大，其余挡块强度工况(如图13所示)，因而会引起桥墩地震反应一定程度No．42015上冯么咯51 ◎一⋯G—sz缺瓤㈣瑚咖伽。增加，但增加幅度相对有限。(2)数值分析可知，相同挡块强度下，提高挡块延性变形能力，挡块在产生相对可观侧向位移同时，能保NorthridgeNewFire．Hall波持相当的、稳定的侧向抵抗力以约束梁体横向位移，可有效控制墩梁相对位移，同时不显著增加桥墩损伤程度。(3)采用合适的挡块构造形式以及配筋方式，提高挡块延性变形能力，可改善板式橡胶支座梁桥横向抗震性能。参考文献：Eli唐永建．“5．12”汶川大地震四川灾区公路应急调查与抢通[M]．北京：人民交通出版社，2009．挡块顶部位移，m[2]同济大学土木工程防灾国家重点实验室．汶川I地震震害ChiChiTCU068波[M]．上海，同济大学出版社，2009．[3]LIJZ，PENGTB，XUY．DamageInvestigationofGirderBridgesundertheWenehuanEarthquakeandCorresp0ndingSeismicDesignRecommendations[J]．EarthquakeEngi—neeringEngineeringVibration，2008(7)：337—344．E4]陈乐生．汶JII地震公路震害调查一桥梁[M]．北京，人民交通出版社，2012．[5]范立础，李建中．汶川I桥梁震害分析与抗震设计对策[J]．公路，2009(5)：122—128．[6]JTG／TB02—01-2008公路桥梁抗震设计细则[s]．[7]MazzoniS，McKennaF，ScottMH，FenvesGI．()pen挡块顶部位移／mSystemforEarthquakeEngineeringSimulation(()pensees)：OpenSeesCommandLanguageManual[M]．Pacific图12钢筋混凝土挡块力与位移滞回曲线EarthquakeEngineeringCenter，UniversityofCalifornia，Berkeley，2007．~8=1l5．0VTNN：=1,3％No'bridgeNewFireHall波⋯口：v5％D^h⋯^f__、[8]徐略勤．钢筋混凝土横向挡块抗震性能试验研究[D]．上口=2．5V／N=15％海：同济大学土木工程学院，2Ol2．[9]MegallySH，SilvaPF，SeibleF．SeismicResponseof一^^^^／＼／＼^|《SacrificialShearKeysinBridgeAbutments[R]．Report000．51．0152．0253035404550556．0No．SSRP一2001／23，DepartmentofStructuralEngineer—时间，sing，UniversityofCalifornia，SanDiego，2002．图13NorthridgeNewFireHall波输入下挡块剪力时程曲线[1O]BozorgzadehA，MegallySH，AshfordSA，RestrepoJI．SeismicResponseofExteriorSacrificialShearKeysin3结语BridgeAbutments[R]．ReportNo．SSRP-04／14，De—(1)参数研究认为，钢筋混凝土挡块最大剪力强度partmentofStructuralEngineering，UniversityofCalifor—取上部结构恒载反力的20～30％、横向间隙在2～nia，SanDiego，2007．10cm范围内为相对合理的挡块力学性能。52上么N。．42015