关键词:
高墩大跨连续刚构桥
抗拔型三向支座
减震效果
力学性能
数值模拟
摘要:
强震作用下高墩大跨连续刚构桥的主梁和主墩会产生损伤。为控制高墩大跨连续刚构桥的地震损伤,基于现有各种减隔震支座的研究,采用水平隔震与竖向隔震功能分离的思想,提出一种具有抗拔功能的新型三向减隔震支座。该支座整体构造合理、传力路径明确、竖向承载能力高,可同时实现结构的水平和竖向隔震耗能。并用其替换高墩大跨连续刚构桥的边支座来进行减震控制,通过理论分析和数值仿真开展了以下几方面研究工作:
(1)针对传统隔震支座不具备竖向隔震能力,且抗拔能力较差,结合已有减隔震技术,提出一种具有抗拔功能的三向减隔震支座,对支座各部件的力学性能进行研究,阐明了抗拔型三向减隔震支座的基本构造和工作原理,并对其水平、竖向恢复力模型进行理论分析,推导其恢复力模型公式。
(2)利用ABAQUS软件建立三向减隔震支座实体有限元模型,通过与理论值和现有试验结果对比,验证模型的准确性。在此基础上,研究其水平、竖向滞回性能和抗拔性能。其中,水平方向考虑了加载幅值、摩擦系数及竖向压力3个参数,竖向考虑了加载幅值与预压量2个参数的影响。结果表明:支座水平、竖向耗能能力较强,具有合理的水平、竖向等效刚度和等效阻尼比,且抗拔能力较强,抗拔刚度可达415 k N·mm-1,当上拔力增至971 k N时,螺栓局部区域最先进入塑性。
(3)以实际工程中一座典型高墩大跨连续刚构桥为工程背景,结合Midas/Civil和Open Sees两种软件各自的优势,利用等效荷载法建立考虑施工过程影响的刚构桥动力分析模型,通过对比两种软件所建模型的动力特性,验证模型的准确性。
(4)分别用铅芯橡胶支座(LRB)和三向减隔震支座替换原桥的边支座,通过与原桥对比,分析安装不同隔震支座对高墩大跨连续刚构桥主梁、主墩位移和内力的减震效果,并调查伸缩缝处碰撞作用对减隔震支座减震效果的影响。结果表明:三向减隔震支座和LRB对梁端竖向位移减震率分别为16.98%和6.01%,安装三向减隔震支座后刚构桥主桥与桥台间碰撞力可降低44.43%,碰撞作用对刚构桥主桥、引桥的纵向变形和内力及减隔震支座的减震效果有很大影响,忽略碰撞效应后,主桥主梁和引桥主梁纵向位移增大,最大增幅分别达70.48%和74.10%,但过渡墩墩顶纵向位移有所下降,最高降低53.47%,且忽略碰撞作用,会高估减隔震支座主梁纵向位移和主墩纵向内力的减震率。