支座及挡块对桥梁抗震性能影响的机理及试验研究

Bridge bearing and restrainers are the weakest members of bridge structure under strong earthquake, their mechanical and energy dissipation characteristics play important roles on the seismic energy dissipation and transfer of the bridge structure. The movable supports can slide and be destroyed and lost its sliding function, the fixed supports can be destroyed under strong shear force. The stiffness and strength of restrainer also have great effects on the seismic performance of the bridge structure. Based on the theory and experimental study, the project mainly focused on the effect of the bearing and restrainer on the seismic performance of the bridge structure and their improvement measures. First, the finite element model for each bridge component under different status will be studied, and the integral nonlinear seismic model will be established according to the nonlinearity of each component, the nonlinear time-history analysis will be done for the integral nonlinear model. Then the study major in the adverse effect of the bearing and restrainer on the seismic response of the bridge structure will be developed, and corresponding developed structural measures of the restrainer will be put forward. The nonlinearity and hysteretic characteristic and the finite element model of the developed restrainer will be drawn according to the experiment. Finally, the nonlinear finite element method will be used to study the effect of the developed restrainer on the seismic response of bridge, and the structural measures and computing method in the bridge design will be put forward according to the analysis results to improve the seismic design level of bridge structure.

支座及挡块是桥梁的抗震薄弱环节，其受力性能和耗能特性对桥梁在强震作用下的地震能量传递和分配有很大的影响，强震作用下，桥梁活动支座可能发生滑动、破坏甚至丧失滑动功能，固定支座可能发生剪切破坏，挡块的刚度和强度等对桥梁结构的地震反应也有较大的影响，课题拟在理论和试验研究的基础上对支座及挡块对桥梁结构地震反应的影响及相应改进措施进行研究。首先研究桥梁各部件不同状态下的有限单元模型，并建立桥梁整体非线性分析模型进行非线性时程分析，重点研究支座及挡块对桥梁结构地震反应的不利影响并分析产生原因，然后设计和改进现有的挡块构造，并对其非线性特性和滞回特性进行试验研究，提出与试验结果吻合的有限元模型，最后采用有限元数值分析方法，研究改进的挡块对桥梁结构非线性地震反应的影响，提出桥梁抗震设计的构造措施建议及设计验算方法，提高桥梁结构的抗震能力和抗震设计水平。

强震作用下，桥梁活动支座可能发生滑动、破坏甚至丧失滑动功能，挡块的刚度和强度等对桥梁结构的地震反应也有较大的影响，课题主要针对支座和挡块对桥梁结构的地震反应的不利影响及其应对措施进行了研究。.（1） 将活动支座摩擦作用对桥梁结构弹塑性地震反应的影响从摩擦耗能、刚度贡献及运动相互作用三个方面进行了总结划分，明确了活动支座摩擦作用对桥梁结构弹塑性地震反应的具体作用；并利用墩底和梁体的速度和加速度时程曲线的对比验证了活动支座摩擦作用的不同作用。.（2） 建立了可以考虑支座水平摩擦和竖向地震动作用的支座接触摩擦单元，并利用接触摩擦单元建立了连续梁全桥模型。分别针对普通固定支座桥梁和滑动隔震支座桥梁，分析了滑动支座摩擦力及竖向地震动对桥梁结构地震反应的影响。并对支座的摩擦系数、初始刚度对不同桥梁结构的地震反应影响进行了参数分析。根据分析结果，提出了必须考虑活动支座摩擦力和竖向地震动影响的情况。.（3） 对双重挡块抗震装置进行了功能划分和构件设计，双重挡块按其功能分为耗能构件和刚度构件两部分，耗能构件起到消耗地震能量，减小结构地震反应的作用；刚度构件具有较大的刚度和承载力，起防止落梁的作用。.（4） 根据耗能构件的刚度及耗能要求，利用H型钢的承载能力和开孔钢板的耗能能力设计了两种耗能构件，并对设计的耗能构件进行了拟静力加载试验，得到了耗能构件的力-位移滞回曲线，试验结果表明，耗能构件力-位移滞回曲线饱满，具有较好的耗能能力和承载能力。.（5）设计和改进了现有的挡块构造，提出新型双重挡块抗震构造措施，提出了双重挡块的有限元分析模型，分析了挡块刚度、初始间隙等参数对挡块减震效果的影响，结果表明，相对于刚度相对较大的单重挡块，双重挡块可以起到降低桥墩地震反应和防止落梁的双重作用，根据分析结果，提出了双重挡块设计和分析时的注意事项。