基于性能的桥梁抗震挡块设计方法

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在地震中,作为生命线工程的公路桥梁遭到严重破坏,并且破坏形式多样,其中桥梁横向抗震挡块破坏普遍比较严重。我国规范中关于挡块的相关抗震理论不成熟,在设计和施工过程中并没有详细规定。据此通过文献调研,在前人对桥梁横向抗震挡块的研究基础上,对挡块的设计方法进行了详细研究分析。首先总结了目前桥梁横向抗震中关于挡块的研究现状,认为可用基于性能的思想对挡块进行设计,使其能够在不同水准地震作用下发挥抵抗地震水平力作用和消耗地震能量作用,保护下部结构使其震后易修复,在安全性和经济性之间达到平衡;介绍了目前两种抗震体系中挡块的作用,认为可将挡块作为牺牲构件进行设计来消耗地震能量。用CSiBridge软件模拟了分析研究中所需用的桥梁模型,其中包括使用软件中plastic单元中的wen模型考虑板式橡胶支座特性;用gap单元考虑挡块与主梁碰撞;分别用线弹性弹簧、弹塑性弹簧和多线段自定义塑性弹簧来分别模拟目前抗震分析中挡块的完全弹性模型、弹塑性模型和滞回退化模型,通过非线性时程分析研究了挡块的抗震性能。首先对有挡块状况和无挡块状况下的桥梁响应进行了对比分析总结了挡块的抗震效果,然后比较了不同峰值地震加速度下三种挡块模型的桥梁地震响应情况,最后分析认为当地震力较大时,考虑钢筋混凝土挡块性能使用滞回退化模型能够较接近地模拟工程中其地震实际响应情况。钢筋混凝土挡块设计中涉及了初始间距、挡块强度和挡块最大变形能力三方面参数。考虑了不同地形包括平原地形、坡地地形、山脊地形和山谷地形下的墩高变化分别对挡块设置不同参数时桥梁的地震响应情况,以及研究了等跨径桥梁中跨径改变时对不同挡块设计参数的影响。根据分析研究认为挡块设计时应该基于两种原则进行设计:基于限制主梁横向位移的原则主梁相对于桥墩的横向位移应不大于挡块的最大变形能力和初始间距之和;而基于保护桥墩的原则是挡块应尽可能发挥其限位功能的同时尽可能使下部结构桥墩横向响应分配均匀。最后根据挡块的设计原则提出了钢筋混凝土挡块相关设计参数的设计建议。
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