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中小跨径城市和公路桥梁中桥墩盖梁或桥台台帽顶部通常设置钢筋混凝土内挡块。地震作用下,内挡块和支座共同分担上部结构惯性力,可限制上部结构的横向位移,防止落梁,提高桥梁的横向抗震性能。由于目前有关内挡块的强度、刚度、延性变形等力学性能研究成果较少,工程中仅凭经验设计该构件直接或间接导致甚至加重桥梁震害。本课题对内挡块的抗震性能展开试验和数值与理论分析研究,并取得了一些研究成果,为今后公路桥梁内挡块的研究设计提供重要参考和依据。 本文主要研究内容包括: (1)课题背景和研究意义。通过系统阐述国内外研究现状,总结内挡块已有的三种破坏形态、三种失效模型、三种受力机制及其对应关系。针对存在问题,概括研究内容和研究目的。 (2)拟静力试验方案设计。设计并制作6个钢筋混凝土内挡块试件,其中3个根据现行相关桥梁设计规范设计制作的传统型内挡块,3个考虑课题组前期研究成果设计制作的新型内挡块。参数设计时,考虑加载高度、纵向配筋率、隔离块及隔离层的设置等影响内挡块性能的重要因素,采用力和位移混合控制的循环往复加载制度,实时采集重要受力部位钢筋应变、加载力和特定测点位移。 (3)试验结果及相关结论。试验过程记录包括裂缝出现及分布情况、破坏发展过程、钢筋应变情况、力-位移关系曲线。试验规律分析包括定义破坏形态特征,提取最大承载力、最大位移、滞回曲线和骨架曲线,并进行对比说明。结合试验,揭示传统和新型两种设计内挡块的破坏阶段和失效准则,提出相应的破坏模式,包括单斜面破坏、多斜面破坏、纯剪区破坏和滑移面破坏以及弯曲破坏和倾覆破坏六种破坏形态,并分析剪跨比、纵向配筋率、隔离块及隔离层的设置因素对几种破坏形态的影响,重点分析了剪跨比对破坏形态的划分范围。 (4)力学性能和抗震性能分析。在基于内挡块抗震性能试验成果基础上,深入揭示了内挡块破坏形态、失效模型和受力机制。提出与单斜面破坏和多斜面破坏对应的旋转刚体模型和斜拉应力机制,与纯剪区破坏和滑移面破坏对应的平移刚体模型和滑动摩擦机制及滑移摩擦机制。讨论原有强度公式对不同破坏形态内挡块强度计算的适用性,采用理论推导和经验拟合的方法建立不同受力机制下内挡块新的强度公式,并进行试验验证。建立传统和新型内挡块力-位移关系曲线两种精细化分析模型,并进行试验验证。最后,列举内挡块若干抗震性能指标。 (5)结合桥梁抗震设计及其理论,对内挡块的功能作用进行定位,指出了新型内挡块的突出优势,建立其基于力和位移的抗震设计方法,给出详细的构造措施。给出的内挡块优化抗震设计方法可为基于性能的桥梁抗震设计和分析提供有用参考。