板式橡胶支座桥梁支座滑动机理与抗震设计方法研究

Elastomeric Pad Bearings (EPB) is extensively used in transportation infrastructure in China for its significant economic and practical benefits. It is predictable that a large number of bridges with EPB will be built in the near future. However, as many seismic reports show, such bridges are easily damaged in earthquake, mainly due to the slipping of EPB--but such slipping can also improve the seismic performance of an overall bridge. Thus, for seismic design and performance evaluation of bridges with EPB, it is worthwhile to study the dynamic behaviors of EPB under earthquake..This thesis focuses on the seismic behaviors of EPB and its impacts on the seismic response of bridge structure. An optimization principle of structural design is proposed based on comprehensive evaluations of various failure modes of structural seismic performance. The seismic response and reliability of bridge structure, with consideration of the unpredictability of both earthquake and slipping of EPB, is obtained through researching the probability distributions of mechanical parameters of EPB and a simplified stochastic model of bridge with EPB. With researches above, new structural system and design methods to improve seismic performance of EPB, reducing seismic risk due to large displacement of main girder by sliding of EPB and enhancing the seismic isolation effect of EPB are further studies.

板式橡胶支座具有较好的使用性能和显著的经济性，在我国巨大存量的既有桥梁中得到广泛应用，预计今后还会新建大量的同类桥梁。国内外的震害调查均表明，板式橡胶支座桥梁在地震中易于损坏，且震害主要因支座滑动所致，但其滑动行为也具有一定的减隔震作用。因此准确分析板式橡胶支座滑动对桥梁结构地震响应的影响，是该类桥梁抗震设计和抗震性能评估必须解决的科学问题。.本课题重点研究板式橡胶支座在地震中的动力行为及其对桥梁地震反应的影响，并对板式橡胶支座桥梁各种失效模式的合理性和可控性进行分析，提出结构设计的优化准则；研究板式橡胶支座力学参数的概率分布规律和板式橡胶支座桥梁的随机振动分析简化模型，考虑支座滑动和地震动的双重随机性，分析桥梁结构的随机振动响应及其抗震可靠性；研究提升板式橡胶支座桥梁抗震性能的结构体系和构造设计方法，控制由于支座滑动位移过大而发生的震害风险，并使板式橡胶支座的减隔震作用充分且稳定地发挥。

板式橡胶支座桥梁是高速公路中拥有量最大的桥梁，使用量约占梁桥的80%。板式橡胶支座一般直接放置于墩台顶垫石与梁体之间，没有连接措施，通过摩阻力来连接上、下部结构。在地震作用下，板式橡胶支座可能产生滑动，并且表现出复杂的受力及变形性态，而且呈现出较强的随机性，支座的这种响应特性会对正确把握桥梁的地震响应及抗震设计造成较大的困扰。因此本课题以板式橡胶支座桥梁为研究对象，研究板式橡胶支座在地震中的动力行为及其对桥梁结构地震响应的影响，考虑地震动的随机性及结构的随机性，对桥梁的抗震性能可靠性进行分析；研究新型的板式橡胶支座桥梁抗震体系及防落梁构造措施，充分发挥板式橡胶支座的优势并有效抑制其不利影响，获得安全性和经济性的双赢。.通过本课题的研究，发现板式橡胶支座在地震作用下会产生不均匀受压、卡压、P-Δ效应，而非理想滑动，使墩柱受力较为复杂；针对该现象，提出了板式橡胶支座桥梁准减隔震体系，可实现支座滑动形式及滑动范围可控，并通过振动台试验进行了验证；提出了准确模拟支座滑动，并考虑支座卡压、脱空效应的板式橡胶支座受力全过程的简化力学模型；采用概率密度演化方法，同时考虑板式橡胶支座滑动和地震动作用的随机性，得到了所求极值的概率密度函数及其分布函数，提出了板式橡胶支座桥梁支座滑动隔震性能的可靠性分析方法；考虑强震作用下板式橡胶支座的滑动效应、主梁之间碰撞效应、工程场地类别及不同抗震设防烈度等多种因素的影响，并结合桥梁结构的基本周期，提出不同抗震设防烈度下板式橡胶支座桥梁墩梁相对位移峰值的包络范围；考虑强震作用下，主梁的飞出及二次跌落以及板式橡胶支座倾覆失稳等影响因素，提出板式橡胶支座桥梁支承长度的计算公式；基于“多道防线、分级破坏”的设计理念，提出了针对混凝土梁式桥的防落梁系统的四级设防措施，开发了简洁易用的防落梁辅助设计系统。建立了板式橡胶支座桥梁抗震设计方法，可有效提升该类桥梁的抗震性能。.