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重庆通过对HDR隔震支座的力学分析桥墩刚度比较大时抗震效果好

双林橡胶  2020-9-12 13:36:31  7076
内容摘要:HDR隔震支座的橡胶本体既保持了叠层橡胶支座所具有的良好力学特性,又具有较高的阻尼值,阻尼效果好,耗能能力强。在地震中可以有效的吸收地震能量,延长结构自震周期,隔离桥梁上、下部结构的地震运动,减小地震...

HDR隔震支座的橡胶本体既保持了叠层橡胶支座所具有的良好力学特性,又具有较高的阻尼值,阻尼效果好,耗能能力强。在地震中可以有效的吸收地震能量,延长结构自震周期,隔离桥梁上、下部结构的地震运动,减小地震作用力。当然也可以有效的吸收汽车荷载的冲击能量,使行车平稳,改善结构的受力。

HDR隔震支座具有较高的水平变位能力。我们知道,支座的剪切位移=剪应变×支座有效橡胶层总厚度。对于普通重庆板式橡胶支座,其剪应变限值为:当不计汽车制动力时,不大于0.5;当计入汽车制动力时,不大于0.7。而对于HDR隔震支座,在正常使用状态下支座的剪应变(一般为制动力、温变和混凝土收缩徐变等引起的支座剪切应变)的限值可达到1.0;在罕遇地震状态下支座的剪应变的限值可达到2.0~2.5,显然,在支座有效橡胶层总厚度相同的条件下,HDR隔震支座比普通板式橡胶支座具有更大的水平变位能力。

HDR隔震支座的力学性能

进行减隔震设计的桥梁,由于减隔震装置的非线性,在设计地震力作用下,即使主体结构处于弹性状态,隔震、减震装置一般也应进入非线性阶段才能起到隔震耗能作用,此时可采用基于等效线性化的反应谱法进行分析。在罕遇地震作用下,墩柱、连接装置均进入非线性,应通过对结构进行非线性反应分析来求解结构的地震反应,目前最常用的方法是非弹性反应谱(等效线性化分析法)或非线性时程分析法。

在有限元分析程序中,对于设置隔震支座的非线性连接单元的结构,并非所有的分析工况都是非线性分析。比如说线性静力分析、模态分析等工况,这些线性分析工况中显然是不能够考虑单元中的非线性属性的。但是如果某些单元的非线性属性不能考虑,可能就会带来结构的不稳定等一系列基本力学问题,因此这时也需要使用非线性单元的线性属性。也就是说,对于所有线性分析工况,非线性单元所表现的是线性属性,所使用的刚度是线性特性值中的有效刚度。有效刚度的输入一般为非线性弹性支承的刚度值,这样既可防止在动力非线性分析中因为输入值地过高或过低而导致结果不收敛,又能在线性静力分析、模态分析等工况中保证结构的稳定。

HDR隔震支座

与线性有效刚度相对应,在非线性单元中需要定义线性有效阻尼。线性有效阻尼的使用与线性有效刚度完全相同,主要用于非线性单元中线性自由度方向阻尼属性,以及所有自由度在线性分析工况的阻尼属性。所以,不管采用何种分析方法,在对HDR隔震支座进行分析时,都需要取得其相关的线性和非线性力学参数。

采用HDR隔震支座时,E2地震下支座的计算位移小于HDR隔震支座的容许地震位移,且有较大富裕,支座满足地震下位移和受力要求。所以,当采用HDR隔震支座后,在桥梁上部结构与下部结构设置了隔震层,地震时上下部结构运动隔离,不同步。通过隔震支座滞回耗能有效地减少了桥墩承受的弯矩和剪力,降低了墩顶纵横向位移,取得了优异的减隔震效果。

传统的结构抗震方法,多是利用提高结构自身的抗力来抵抗地震作用。在高烈度地震区,桥墩刚度的提高,又必然导致地震力激增,会形成恶性循环。采用普通支座设计时,桥墩在地震作用下,往往进入塑性工作状态,震后需进行桥墩的维修加固工作,其抗震效果不理想。

在桥墩刚度较大时,采用合理的HDR隔震支座设计,可以均匀分摊各桥墩的地震力,使全桥协同抗震。同时通过支座的滞回耗能,能有效地减小桥墩的位移、弯矩及剪力。采用HDR隔震支座设计的桥梁,地震响应远小于非隔震设计的桥梁,可有效降低地震动输入的能量。因此,可以通过优化桥墩和桩基尺寸及配筋设计,降低桥梁造价。隔震设计的桥梁,在强震作用下,桥墩一般处于弹性或微塑性的工作状态,震后一般不需要维修加固。

HDR隔震支座具有良好的抗震性能。在桥墩刚度比较大、桥梁的基本周期比较短,或主要能量集中在高频段时,具有优异的隔震效果,极具推广价值。



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