强震下板式橡胶支座的滑移损伤及其对桥梁抗震性能的影响分析

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现阶段中小跨径梁桥依然是我国桥梁的主要形式,板式橡胶支座是公路中小跨径梁桥普遍采用的支座形式。汶川地震的震后调查报告显示,震区梁桥的破坏形式主要是板式橡胶支座的滑移、挡块的破坏、梁体移位以及落梁,而桥墩的受损率非常低,这说明支座的摩擦滑移会减小上部结构传给桥墩的惯性力,有利于桥梁整体抗震。目前学者对支座正常工作状态的研究较为详尽,但对于地震作用下支座损伤的研究仍在发展。本文将对支座滑移之后的性能变化以及损伤状态做相关分析,并探究其对桥梁抗震带来的影响,主要包含以下几点:(1)将板式橡胶支座置于上层钢板和混凝土垫块之间进行无约束压剪拟静力破坏性试验,观察板式橡胶支座在摩擦滑移之后产生的卷边脱空等试验现象,并通过滞回曲线分析支座的水平剪力、等效刚度和滞回耗能等情况,总结出支座滑移过程中的参数变化规律,绘制出骨架曲线并调整为考虑支座滑移的本构模型用于下文抗震分析。(2)建立板式橡胶支座精细化有限元模型,利用试验数据验证模型的准确性,进行支座由正常工作到摩擦滑移损伤的全过程分析。用钢板应力和橡胶总应变,以及宏观刚度表达损伤,发现在试验条件下的支座内部钢板会发生部分屈服,但橡胶体总体未发生损伤。改变支座尺寸及摩擦条件探究由此对支座损伤带来的影响,其中支座尺寸改变对其变形和内部损伤影响较大,支座未滑动时摩擦系数对损伤影响不大,但支座滑动后摩擦系数增大会引起支座内部损伤增大。(3)基于有限元模型和机器学习算法对支座损伤程度进行分级。以压力和剪切变形的大小为分类依据将支座损伤分为四级,结合外观损伤进行描述,并据此对下文地震作用下的支座损伤程度进行表达。(4)建立一座三跨预应力混凝土简支箱梁桥有限元分析模型,通过输入不同地震动幅值的地震波激励使支座变形从线弹性增长到摩擦滑移,以上文的支座评级机制来反映各个支座的损伤程度,并探究相应的支座滑移对挡块、墩柱及梁体碰撞的影响程度,同时考虑支座滑移和挡块破坏对桥梁整体抗震性能的影响。结果表明,支座滑移会加大梁体位移进一步损伤挡块,但是也会有效降低桥墩的地震反应,并且支座滑移和挡块破坏也会消耗大量的地震能量。
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