采用半刚性节点的无伸缩缝桥梁受力性能研究

Jointless bridge is gradually applied in China, due to the advantage of cancelling telescopic device, favorable performance, low maintenance cost, and sustainability. However, the complex mechanical characteristics on the abutment and beam end of jointless bridge is the key issue, which will affect the performance of the whole bridge. This project presents a semi-rigid joint, fitting to jointless bridge with concrete pile foundation and abutment. Mechanical performance of jointless bridge with semi-rigid joints will be carried out, including experimental research on semi-rigid joints, shaking table test on scaled bridge specimen, and finite element analysis of extensive parameters. The purpose is to understand the mechanical properties, force transmission mode and hysteretic behavior of semi-rigid joint, propose calculation method on the stiffness of semi-rigid joints. Seismic response characteristics, failure modes, internal force distribution and transmission mechanism of the whole bridge will be summarized. The efficiency, calculation method, and design recommendations on the rehabilitation of existing bridge are aimed to forward. This study can lay theoretical basis for the promotion of practical engineering application, drive the progress on rehabilitation of jointless bridge, and provide reference for the specification of jointless bridge. Moreover, it has important social significance and application value to promote the sustainable development of bridge in China.

无缝桥取消了伸缩装置，使用性能好，维护费用少，是一种可持续性发展的桥梁，在我国正逐渐推广应用。无缝桥桥台及梁端节点受力复杂，是影响无缝桥全桥受力性能的关键。本项目提出一种适用于混凝土桩基桥台无缝桥的半刚性节点。通过开展节点试验研究和全桥振动台阵试验研究，并结合有限元进行拓展分析，研究采用半刚性节点的无缝桥受力性能。探明半刚性节点受力机理、传力模式和滞回性能，提出半刚性节点刚度计算方法；掌握全桥地震响应特性、破坏模式、内力分布规律与传递机制；提出采用半刚性节点进行桥梁无缝化改造计算方法和设计建议。本研究可为实际工程应用推广奠定理论基础，推动既有桥梁无缝化改造技术的进步，为无伸缩缝桥梁规范的制定提供参考与借鉴。项目对促进我国桥梁可持续发展具有重要的社会意义和应用价值。

无缝桥桥台及梁端节点受力复杂，是影响无缝桥全桥受力性能的关键。本项目提出一种半刚性节点，节点构造由包裹着橡胶套的钢棒、橡胶垫和混凝土组成，橡胶套与橡胶垫能够发挥自身材料特性，替代伸缩缝适应桥梁变形，同时取消墩上支座布置，既提高桥梁耐久性，又可减少桥梁后期养护费用。为了解半刚性节点传力机理和刚度计算方法，以及采用半刚性节点的无缝桥受力性能，开展考虑不同构造参数的15个半刚性节点足尺模型试验研究和采用墩梁半刚性连接的1:2缩尺模型振动台三台阵试验研究，并结合有限元进行拓展分析。结果表明，半刚性节点能很好地利用钢棒的弯曲能力和橡胶套的压缩能力，影响半刚性节点剪切刚度的主要参数为钢棒直径、橡胶套厚度；影响半刚性节点抗弯刚度的主要参数为钢棒直径、钢棒根数和橡胶套厚度。建立了考虑不同钢棒直径、不同橡胶套厚度的双参数节点剪切刚度和抗弯刚度计算公式，能较准确地计算半刚性连接节点的刚度。地震模拟振动台试验结果表明，采用半刚性节点的无缝桥在台顶位置的响应均大于墩顶位置的响应，墩梁半刚性节点可以消耗地震波输入结构的能量，对整体桥的抗震起到积极作用。单向地震作用下加速度峰值和位移峰值与双向地震作用下的数值变化不超过1%和3%，在地震计算过程中可以对纵桥向和横桥向地震作用进行单独分析。比较墩梁固结整体桥、墩梁半刚接整体桥和墩梁设支座整体桥三个不同结构体系的地震响应特性，在相同地震力作用下，墩梁半刚接整体桥受力最合理。本项目研究结果可用于指导采用半刚性节点的无缝桥设计，可为实际工程应用推广奠定理论基础，丰富我国无缝桥的结构型式，对我国桥梁可持续发展做出贡献。