铅芯橡胶支座混凝土连续梁桥振动台试验研究

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目前,减隔震技术已经越来越多的应用于桥梁建设中,减隔震支座能够有效的降低地震作用下的桥梁结构的动力响应,同时能够起到隔离地震并耗散地震能量的作用。铅芯橡胶支座是目前应用最为广泛的减隔震装置,通过铅芯屈服延长结构的振动周期并耗散振动能量,从而降低结构的地震响应。上世纪九十年代以来,国内外学者对铅芯橡胶支座的力学性能已经进行了许多试验和理论方面的研究,但对采用铅芯橡胶支座的连续梁桥结构进行的抗震性能试验研究并不多。振动台试验作为一种非常有效的结构试验方法,可以更为直观地呈现地震破坏特点及过程,校核有限元分析模型和计算结果的可靠性,为研究铅芯橡胶支座桥梁的减隔震性能的发挥提供了科学依据。本文采用振动台试验和数值模拟相结合的方法对一座采用铅芯橡胶支座的三跨连续梁桥进行地震反应研究。  主要研究内容及取得的成果如下:  1、根据振动台的各项参数和相似理论,以动力响应满足相似关系为原则,对一座铅芯橡胶支座连续梁桥原型结构进行了简化设计和模型制作,考虑在El-Centro地震波、反应谱拟合地震波和人工地震波三种地震动输入下进行振动台试验。  2、观察和记录试验现象和试验测量数据,对试验结果进行综合分析。对比分析了结构各工况下的动力特性、加速度反应和位移反应。从地震响应特征、桥梁结构破坏过程、不同位置桥墩地震反应的差异等方面,研究了地震动输入特性及强度对铅芯橡胶支座连续梁桥模型的振动反应特性及减隔震性能的影响;分析减隔震连续梁桥在地震作用下的反应特点;研究由于桥墩塑性破坏,使铅芯橡胶支座处于非理想工作状态时,对铅芯橡胶支座减隔震性能发挥的影响程度。  3、通过压剪试验获得铅芯橡胶支座的水平力学参数,利用有限元软件建立试验桥梁有限元模型模拟振动台试验,并将计算结果与试验结果进行对比分析。发现两者结果吻合较好,验证了有限元模型的正确性。  4、为了分析桥墩塑性破坏对桥梁整体地震反应以及铅芯橡胶支座减隔震性能的影响,利用有限元分析软件建立了与试验模型相同的但桥墩未设置塑性铰的有限元模型。对两座桥梁的主梁振动加速度、桥墩支座位移桥墩底部剪力等方面进行对比分析,结果表明:桥墩刚度对隔震效果有很大的影响,铅芯橡胶支座在桥墩刚度较大时能起到很好的隔震效果,随着桥墩刚度的减小,隔震效果降低。  5、结合振动台试验结果及有限元分析结果,发现地震波特性对桥梁结构的地震反应和减隔震性能有很大的影响,因此抗震设计时首先需对地震动输入的合理性进行分析;连续梁桥中边墩的地震反应与中墩存在较大的差异,单跨简支梁桥的振动台试验不能全面反映连续梁桥的地震反应特性;大震作用下墩柱的损伤破坏会限制铅芯橡胶支座减隔震作用的发挥,但由于桥墩发生塑性变形后亦能降低结构的地震反应,最终桥梁上部结构的综合地震反应与墩柱破坏前相差不多。因此在确定减隔震桥梁墩柱损伤控制目标时,需综合平衡震后救援需求、结构修复的经济投入以及充分发挥支座减隔震性等多方面因素。
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