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混凝土弯梁桥受力复杂,经常发生主梁横向偏位的问题,主梁横向位移过大会引起支座剪切变形、脱空、位移超限等病害,而支座作为上下结构的连接部件,其力学性能也会影响结构横向位移和内力响应。学术界对弯梁桥横向偏位的研究成果很多,但是很少关注支座性能对结构的影响。本文主要目的是探讨支座摩擦滑移效应对混凝土弯梁桥横向响应的影响,明确常规桥梁设计中是否需要考虑盆式支座的摩擦滑移效应,也为已经发生此类病害的桥梁的维修加固提供解决思路。为此本文主要开展了以下工作:
(1)首先结合国内外研究成果及文献,介绍了混凝土弯梁桥横向位移和盆式橡胶支座摩擦滑移特性的研究现状,基于调查结果提出本文的研究思路和方法。
(2)通过ANSYS建立GPZ(2009)2.5SX±50mm型盆式橡胶支座的三维实体模型,主要考虑了支座接触面的接触非线性与橡胶材料的非线性。基于此,对盆式橡胶支座的聚四氟乙烯板、盆环、三向受压橡胶块、支座底板的应力和变形做了细致分析。计算结果表明:盆式橡胶支座具有稳定的力学性能,设计竖向荷载作用下支座的最大主应力、竖向压缩变形、径向变形均满足设计要求。
(3)采用有限元模拟支座竖向承载力试验,将得到的荷载位移曲线与交通运输部公路科学研究院完成的2.5MN盆式橡胶支座的承载力试验结果进行对比。结果表明:竖向压缩变形的有限元计算值与试验值最大误差为4.8%,验证了有限元模型的准确性。
(4)基于上述有限元模型进一步模拟了单向水平加载下支座的摩擦滑移特性,加载采用位移控制,分析了单调加载、常幅循环加载、变幅循环加载、简谐位移加载等工况下支座荷载位移曲线。计算结果表明:盆式橡胶支座形成饱满的滞回曲线,形状为矩形,说明盆式支座具有一定的耗能能力。
(5)建立了两种混凝土弯梁桥模型,模型一不考虑支座摩擦滑移特性,通过节点耦合模拟支座;模型二考虑支座的摩擦滑移特性,通过非线性弹簧单元模拟支座。其后采用时程分析法计算地震作用下支座摩擦滑移特性对混凝土弯梁桥横向位移、内力的影响。计算结果表明:考虑盆式支座的摩擦滑移特性能够有效减小结构地震响应。若设计中考虑支座摩擦滑移,应合理选取摩擦系数,摩擦系数过大容易导致计算结果偏于不安全,摩擦系数过小则难以达到优化设计的目的。
(1)首先结合国内外研究成果及文献,介绍了混凝土弯梁桥横向位移和盆式橡胶支座摩擦滑移特性的研究现状,基于调查结果提出本文的研究思路和方法。
(2)通过ANSYS建立GPZ(2009)2.5SX±50mm型盆式橡胶支座的三维实体模型,主要考虑了支座接触面的接触非线性与橡胶材料的非线性。基于此,对盆式橡胶支座的聚四氟乙烯板、盆环、三向受压橡胶块、支座底板的应力和变形做了细致分析。计算结果表明:盆式橡胶支座具有稳定的力学性能,设计竖向荷载作用下支座的最大主应力、竖向压缩变形、径向变形均满足设计要求。
(3)采用有限元模拟支座竖向承载力试验,将得到的荷载位移曲线与交通运输部公路科学研究院完成的2.5MN盆式橡胶支座的承载力试验结果进行对比。结果表明:竖向压缩变形的有限元计算值与试验值最大误差为4.8%,验证了有限元模型的准确性。
(4)基于上述有限元模型进一步模拟了单向水平加载下支座的摩擦滑移特性,加载采用位移控制,分析了单调加载、常幅循环加载、变幅循环加载、简谐位移加载等工况下支座荷载位移曲线。计算结果表明:盆式橡胶支座形成饱满的滞回曲线,形状为矩形,说明盆式支座具有一定的耗能能力。
(5)建立了两种混凝土弯梁桥模型,模型一不考虑支座摩擦滑移特性,通过节点耦合模拟支座;模型二考虑支座的摩擦滑移特性,通过非线性弹簧单元模拟支座。其后采用时程分析法计算地震作用下支座摩擦滑移特性对混凝土弯梁桥横向位移、内力的影响。计算结果表明:考虑盆式支座的摩擦滑移特性能够有效减小结构地震响应。若设计中考虑支座摩擦滑移,应合理选取摩擦系数,摩擦系数过大容易导致计算结果偏于不安全,摩擦系数过小则难以达到优化设计的目的。