梁式桥板式橡胶支座的合理计算模型研究.pdf

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1、５６世界桥梁２０１７年第４５卷第４期（总第１８８期）梁式桥板式橡胶支座的合理计算模型研究张颖周，夏修身，韦性涵（兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州７３００７０）摘要：为寻求合理的板式橡胶支座梁桥计算模型，以准确计算其受力情况，基于板式橡胶支座关键参数的计算理论，以２０m简支梁桥和３×２０m连续梁桥为例，采用MIDASCivil建立２座梁桥空间模型，分析３种计算模型（理想约束模型、弹性约束模型和简化约束模型）在恒载和活载作用下主梁关键截面的弯矩、剪力、位移及挠度。结果表明：对于简支梁桥，理想约束模型与弹

2、性约束模型的计算结果（除个别截面）相差在５％以内，板式橡胶支座梁桥可按理想约束模型近似模拟；对于连续梁桥，理想约束模型与弹性约束模型的计算结果相差超过５％，简化约束模型与弹性约束模型的计算结果相差在５％以内，板式橡胶支座梁桥可按简化约束模型近似模拟。关键词：梁桥；板式橡胶支座；理想约束模型；弹性约束模型；简化约束模型；内力；位移；有限元法中图分类号：U４４８．２１；U４４３．３６１文献标志码：A文章编号：１６７１－７７６７（２０１７）０４－００５６－０５1引言2板式橡胶支座力学参数及其计算公式板式橡胶

3、支座由橡胶与钢板经硫化组成，由于板式橡胶支座基本构造如图１所示。图１中，t其具有构造简单、加工容易、用钢量少、成本低和安为支座总厚度，d为圆形支座直径，t１为支座单层橡装方便等优点，现已广泛应用于国内外的桥梁中，尤胶厚度。［１‐３］其是中小跨径的公路桥梁。目前，国内外很多学者对板式橡胶支座开展了很多研究，主要集中在板［１‐６］式橡胶支座力学参数与使用性能；参考文献［７］、［８］探讨了支座竖向刚度的影响但没有涉及转动刚度。桥梁抗震设计规范中考虑了支座水平刚度的影响，但板式橡胶支座梁桥内力计算时仍沿用传统

4、的［９］理想约束模型，忽略了支座竖向、水平与抗弯刚度的影响。板式橡胶支座在车辆荷载作用下有竖向变图1板式橡胶支座基本构造形、剪切变形及转动变形，通过支座两侧橡胶不均匀竖向刚度、剪切刚度及抗弯刚度是板式橡胶支受压变形允许梁体产生一定的弹性转动，并对梁体座关键的力学参数。板式橡胶支座的竖向刚度按公作用一个反力矩。式（１）计算，水平刚度按公式（２）计算。支座的转动为准确计算板式橡胶支座梁桥的主梁在竖向荷性能跟支座的形状（长、短边尺寸、单层橡胶厚度）、载作用下的受力情况，需要明确板式橡胶支座的抗剪切模量、抗压

5、弹性模量等因素有关。铁科院对普弯刚度对主梁内力的影响。鉴于此，本文以２０m通板式橡胶支座进行了转动试验，并给出了转动弯［１］简支梁桥与３×２０m连续梁桥为例，考虑板式橡胶矩和转角之间的经验公式，见式（３）。板式橡胶支支座的竖向刚度、水平刚度和抗弯刚度的作用，分别座的抗剪弹性模量只与支座的橡胶硬度有关、与支［１］用理想约束、弹性约束和简化约束模拟板式橡胶支座的形状无关，目前我国公路桥梁设计规范中G＝座，基于MIDASCivil软件建立桥梁空间有限元模１．０MPa（硬度为６０）。公式（４）为参考文献［１０

6、］给型，计算恒载和活载作用下梁桥的弯矩、剪力及竖向出的板式橡胶支座抗压弹性模量计算公式。位移，并进行比较分析。EAKv＝（１）te收稿日期：２０１７－０１－１９基金项目：国家自然科学基金（５１３６８０３３，５１６６８０３５）；中国铁路总公司基金项目（２０１５G００２－B）作者简介：张颖周（１９８９－），男，２０１５年毕业于兰州交通大学土木工程专业（桥梁工程方向），工学学士（E‐mail：１０７９１４０４１７＠qq．com）。梁式桥板式橡胶支座的合理计算模型研究张颖周，夏修身，韦性涵５７GA水平弹性约束

7、对结构内力及位移影响很小，对理想Kh＝（２）te约束模型作进一步简化，简化后的模型仅考虑支座４１２dGKm＝（３）抗弯刚度（见图５），称为简化约束模型。t１２E＝５．４GS（４）式中，Kv为支座竖向刚度；E为板式橡胶支座抗压弹性模量；A为板式橡胶支座毛面积；te为支座橡胶总厚度；Kh为支座水平刚度；Km为支座抗弯刚度；图4弹性约束模型G为板式橡胶支座剪切弹性模量；S为支座形状系数。3板式橡胶支座梁桥的计算模型图5简化约束模型板式橡胶支座由于竖向承载力相对较小，多用于中小跨的简支梁及连续梁中，尤其是２０

8、m以下4计算模型对比分析的公路简支梁桥。本文连续梁桥计算模型中的支座4．1简支梁桥算例分析支撑与简支梁桥一致，以下主要介绍２０m跨简支某高速公路预应力混凝土空心板桥采用板式橡梁桥的计算模型。胶支座，二期恒载取７．５kN／m。主梁由７片空心3．1理想约束模型板组成（见图６），空心板宽１．５m，梁高０．９５m。取竖向荷载（恒载与活载）的计算是板式橡胶支座２１号梁为研究对象，１号梁截面面积为０．５９m，抗梁桥设计中需要首先解决的问题。目前，通常采用－２４［９］