多跨连续梁桥双重挡块式分散抗震装置减震原理及试验研究

在地震作用下多跨连续梁桥的地震作用大部分由固定支座墩承担，由于由于固定支座墩及固定支座抗震能力有限，限制了多跨连续梁桥在跨越较宽的河流及山谷中的应用。因此多跨连续梁桥抗震设计的关键就是采取构造措施降低固定支座墩的地震反应。课题拟在实验及理论分析的基础上对多跨连续梁桥双重挡块式分散抗震装置及其减震机理进行研究；首先设计适合多跨连续梁桥的双重挡块式分散抗震装置，并对分散抗震装置的非线性特性、滞回特性进行试验研究，然后采用有限元数值分析方法，研究多跨连续梁桥的非线性地震反应，提出能与试验结果吻合的有限元模型及计算方法，研究分散抗震装置的减震效果；最后给出多跨连续梁桥抗震设计的构造措施建议，为多跨连续梁桥的抗震设计提供理论基础，推动多跨连续梁桥在高烈度区的应用。

多跨连续梁桥由于其行车平顺、跨越能力大而成为公路及铁路建设中跨越较宽的山谷和河流时的主要选择桥型，为适应温度、收缩、徐变等变形的需要，一般仅设置一个固定支座墩，造成梁部的绝大部分纵向地震作用由固定支座墩承担，固定支座墩及固定支座的承载力限制了多跨连续梁桥在高烈度区的应用。由于活动支座墩承担的纵向地震作用较小，研究提出在活动支座墩上设置双重挡块式分散减震装置以降低固定支座墩地震反应的思路，主要研究工作如下：.（1） 对双重挡块式分散减震装置进行了功能划分和构件设计，双重挡块式分散减震装置按其功能分为耗能构件和刚度构件两部分，耗能构件具有强度和刚度双重特性，既起传递梁部结构的惯性力到活动支座墩的作用，又具有到一定的耗能作用；刚度构件具有较大的刚度和承载力，起防止落梁的作用。.（2） 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，有限元分析时耗能构件可简化为双线性模型进行分析。.（3）在多跨连续梁桥活动墩上设置分散减震装置后，活动墩处将包含活动支座的摩擦及分散减震装置的接触碰撞两种非线性，综合支座单元的摩擦特性及分散减震单元的接触特性，分别考虑分散减震装置的弹性及弹塑性情况，提出了接触摩擦单元的有限元模型，给出了接触摩擦单元的滞回曲线，针对卸载曲线上支座及分散耗能装置的不同状态，分别推导出了其卸载刚度。.（4） 对多跨连续梁桥的活动墩进行了双重挡块式减震装置的构造设计，验证了在活动墩上设置双重挡块式分散减震装置的可能性，并提出了设置分散减震后墩梁间连接的有限元模型。.（5） 分别考虑分散减震装置的弹性和非线性状态，对多跨连续梁桥建立了分散减震前后的有限元计算模型，利用非线性时程分析方法对梁体位移、墩底弯矩、碰撞力等进行了对比分析，结果表明，分散减震装置可以起到降低固定墩底曲率、分散梁部的地震作用到活动支座墩的作用。