文摘

不均匀地层和粗糙表面的复杂地震空间变异性。高桥墩的地震反应和小半径曲线桥由地震引起的特异性这种地形尚未系统研究。根据大跨度结构的多点激励理论和相似理论模型结构的振动台试验,高墩小半径曲线梁桥为研究对象。实桥模型的振动台试验进行了研究这类桥梁的地震响应规律在多点激励。结果表明,设计的地震波扩张装置可以满足测试要求。模型结构的频率迅速减少,整个测试过程中阻尼比增加。当地的地形效应放大了高墩小半径曲线桥的地震反应。高桥墩的地震反应和小半径曲线桥是受到不同的地震波频谱的影响,还有一个很大的区别。基于上述结果,应考虑多点激励地震的影响高墩小半径曲线桥的设计。

1。介绍

高墩小半径曲线桥具有强劲的地形适应性和更少的限制由周围的环境和交通路线。因此,它可以更好地实现交通互联四面八方,确保交通路线,提高城市交通紧张。目前,材料性能和施工技术的发展,曲线桥梁发展向更高和更大的跨越。然而,负载曲线桥在地震实际上是一个运动的支持。与大空间分布结构,地面运动在不同结构尺度范围是不同的,在同一地震和地震波的振幅在每个码头可能不同,甚至波形式可能不同。因此,它引起了高墩桥与小半径曲线有明显的弯曲和扭转耦合效应和复杂的内力分布。因此,有必要进行多点激励研究这种桥。

程等。1)进行了一项规模模型的振动台试验桥的基于原型的交换在圣费尔南多地震受损的桥梁。结构的抗震性能和动态响应的膨胀接头进行了研究。风扇(2)进行长期监测和测试曲线桥上研究结构频率变化和结构扭转效应。戈麦斯et al。3]分析了地震动的输入模式的影响,码头和梁的约束形式,跨度的变化在小半径曲线桥的地震反应。燕et al。4- - - - - -6)进行了振动台试验各种形式的弯曲的桥梁,研究了弯曲的桥梁在地震的损伤和失效模式,并讨论了弯曲的桥梁在地震下的冲击响应规律。文献[7,8]研究了局部不规则地形对地面运动的影响时,瑞利波传播和指出,瑞利波产生重大地形放大效应在孤独的过程。显然在[指出9]在支持点接收到的地震激发50米内的大跨度结构可能会有很大不同。

Zhang et al。10)进行了振动台试验的一座桥上小半径曲线考虑桩和桥梁结构之间的动态交互,获得了桩的振动响应规律和结构系统,并讨论了桥的故障特点和失效模式。Lupoi et al。11)进行了理论和实验研究在多点激励下大跨度桥梁结构的地震反应,结果表明,大跨度桥梁结构的地震反应密切相关,地震波的输入模式和桥的网站特点支持点。王等人。12,13)进行了振动台试验研究大跨度连续刚构桥和桥梁结构的地震响应规律在本地站点和多点激励的影响。刘等人。14,15]研究了多点激励失效模式的桥梁在v型峡谷、地面运动的空间效应的影响进行了探讨在崎岖的地形结构,并分析了影响因素的地面运动的频率特性在这种地形的细节。谢et al。16)进行多点激励振动台试验的整个pile-soil-bridge模型,研究了多点激励的影响结构地震反应的影响。

总之,研究人员已经进行了一些理论和实验研究的影响桥梁多点激励下的地震响应,但很少研究高墩桥梁的动态响应规律与小半径曲线考虑本地站点的效果。在此基础上,1/20的规模比高墩桥小半径曲线测试模型已设计出并投入生产。结合结构动力学的基本原理,地震波扩张装置实现多点激励在一个振动台试验设计和制造,它是用来完成高墩的振动台试验和小半径弯桥在多点激励。高墩的动态特性和小半径弯桥在多点激励下,地震烈度的关系,动态变化因子和墩位移响应,影响当地的地形影响的总体响应曲线桥结构,和法律的码头应变响应进行了研究。通过本文的研究,将提供一些理论参考高墩的抗震设计理论和小半径曲线桥结构和相关代码的研究。

2。研究多点激励理论

由于不同的网站和土壤条件桥梁基础所在,地震波的特点,当它到达每个墩基础在桥的实际振动过程是不同的。因此,在大跨度桥梁结构的地震反应分析,我们应该考虑当地的地形效应的影响造成的结构动态响应的输入不同地震波激励在每个点特别的支持。

在这篇文章中,动态变化的因素一个被定义为代表的变化程度的局部地形对地震波振幅的影响。这个因素是相关网站的价值特点和结构的复杂性。多点激励下结构的运动方程如下(6]: 较低的角落是哪里j和z代表了上层建筑节点和支持节点的桥,分别。 , ,和绝对位移、绝对速度和绝对加速度向量的每个节点分别在地震激励下桥梁结构。米,C,K的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵分别桥的结构。_z地震输入负载支持节点矢量,这应包括地震荷载不同的支持。

为了促进结构的内力分析,每个节点的位移分解为结构 在哪里是轴承的静态位移引起的位移关节和是quasi-dynamic位移加速度引起的轴承。忽略所有的动态方面,第一行的方程(1)可以扩展

后改变方程(3),我们可以得到 在哪里 被称为准静态模态矩阵,代表上层结构的位移引起的静态位移的支持。

假定结构的阻尼力只与结构的相对速度有关,和= 0时集中质量模型。用方程(5)方程(2),第一行是进军

上述公式是桥的动态方程结构多点激励的情况下。

3所示。实验设计

3.1。设计的多点激励扩张与单一振动台试验设备

进行非均匀激励测试不规则曲线桥梁由于其复杂的弯曲和扭转压力和显著的耦合效应是必要的。已经指出,多点激励地震反应分析时应考虑桥梁结构有许多跨越和长时间的跨度,不均匀分布的纵向质量,刚度和线性桥的形状,大不同的相邻码头的高度,中央大角和倾斜角的弯桥和斜桥,桥和不规则隔离轴承和阻尼器。

本文基于结构动力学的基本原理,考虑实际测试的要求,扩大设备实现多点激励与单个振动台是由通过理论分析。理论推导相关的基本理论已经在文献[5),在这里不能重复。设备由Q345槽钢,角钢,HRB335钢筋直径22毫米,高强度螺栓、钢板、和普遍的轮子等。设计图表和扩展设备的物理模型如图所示1。

3.2。相似的比例模型

根据承载力和振动台的几何尺寸,以及试验场地等条件有限,模型的几何相似性比例是1/20。考虑重力加速度的影响模型,振动台的产能,实现人工抗衡,加速度模型相似比为2.5。此外,模型的弹性模量相似比混凝土和钢铁是0.64,和其余的相似性比来自上面的三个基本相似比率。试验模型的相似比例如表所示1。

3.3。设计的实验模型

这个实验的振动台试验模型是一个钢筋混凝土高墩小半径曲线桥的规模比1:20。弯桥的例子是由圆形曲线+过渡曲线+过渡曲线+圆曲线,和每个部分的长度是18.65 m + 20 m + 20 m + 18.65米,分别。张成的空间组合是2×35.7米,桥的直线长度是71.4米,曲线长度是77.3米,码头高度为30米。结构的一部分,与同等截面箱形梁,码头是一个矩形的单一码头部分,底部和顶部的码头提供2.5固体部分。的布局模型如图2。模型的主梁是一院制equal-section单选框和箱形梁,梁的高度是10厘米,箱形梁的壁厚是2.5厘米。模型桥空心码头,码头的高度是155厘米。固体部分的高23厘米组顶部和底部的码头,和空心截面的墙壁是5厘米。为了满足的需求anti-overturning不规则的弯桥,两个anti-torsion支持组顶部的三个码头,这是直接放置在码头和箱形梁之间。

在振动台试验,测试结果的准确性和可见性是由模型的正确性直接影响材料的选择。桥桥跨2×35.7 m,直线长度是71.4米,曲线长度是77.3米,高30米码头上部结构截面箱形梁,如矩形桥墩墩截面,与2.5实心墩顶部和底部部分。模型码头和梁的纵向钢筋HRB335竹节钢筋直径6毫米,和马镫HPB300平原圆钢筋直径6毫米。箍筋的间距是设计为6厘米。码头和梁的钢筋骨架图所示2和3。陶粒混凝土被用于模拟实际的混凝土结构,和测试参数的粒子具体如图3。根据测试结果,陶粒混凝土的弹性模量是2.2 e⁴N /毫米²这件,强度等级,满足测试要求。

3.4。地震波的选择

帝王谷波(IVE)类的我网站,埃尔森特罗(助教)和兰州(LZ)地震波的二级网站,和塔夫特波第三类网站都选择了这个测试。地震波激发负荷分为六级,和每一层的地震波峰值加速度是125加250加375加500加750加1000加,分别。在加载过程中,根据峰值加速度从小型到大型的原则,即。,一个fter loading 4 seismic waves under the peak acceleration of a certain level, the first-order frequency measurement of the structure is carried out, and then the next level seismic wave record is loaded. The stiffness of high pier and small radius curved beam bridge structure is weak in the direction of the connecting line of the head and tail piers, so more failure modes are likely to occur along the direction of seismic excitation. Based on this, the input direction of seismic wave in this experiment is the connection direction of the head and tail piers of curved bridge.

3.5。测点布置

此测试程序的目的是要研究多点激励地震反应的影响高墩小半径曲线桥的动力响应的测量分。在测试期间,加速度、位移和应变响应的测量分模型安装在关键位置。三种类型的传感器安装在桥梁模型的关键职位。(1)8加速度传感器(PCB型系列380 GFB3G / 30 ay)分布在摇表,梁,和皮尔斯测量垂直,纵向和横向加速度分别。(2)6位移传感器(891 - 2)分布在摇表和桥墩的纵向和横向位移测量。(3)24应变仪分布在钢筋底部的码头。

4所示。结果分析

4.1。分析结构的频率和阻尼比

在实验中,当每个地震波加载完成后,模型结构的固有振动特性测试。结构的基本频率和阻尼比计算根据结构动力学公式,如图4。

从图4,结构的一阶频率降低的作用下迅速低水平地震激励。随着负载的增加,结构的一阶频率下降缓慢,阻尼比增加。上面的结果有两个原因。一方面,由于裂缝和其他损伤模型桥的结构在振动过程中,模型结构的刚度降低,所以模型结构的频率减少。另一方面,与输入地震波峰值的增加,橡胶轴承将幻灯片上的码头和轴承会被摧毁,这将改变桥梁结构的边界条件,和模型结构的刚度也将严重下降,这也将导致模型桥的频率的降低。结构的基本频率的最终状态是初始状态的2.40倍,阻尼比是7.35倍的初始结构。

4.2。多点激励的效果的分析扩展设备

为了实现多点激励的研究目的在一个振动台,扩大设备的振动台是为了有效地控制输入地震波在斯坦福桥的基础。每个输入地震波后,振动台加速度随时间的变化曲线和S3墩基础上扩张装置进行了比较。由于这篇文章的长度,图5只显示我波之间的比较和语言学校的地震波,当地地震波的输入峰值时是加500元。表2显示扩展设备的动态变化因素在不同的网站类型和不同加速度峰值。

从图的分析5和表2,扩大设备的动态变化因素是1.27 - -1.82我波输入时,1.18 - -1.62复杂波输入时,1.26 - -1.36 LZ波输入时,塔夫特波时-1.56和1.36输入。因此,扩张装置设计有一定的改变地震波输入振动台,这是完全可行的,用它来实现非均匀地震波输入与一个摇床不同的支持点。

4.3。分析当地的地形对桥梁地震反应的影响

为了研究地震振幅的放大效应引起的局部地形对地震响应的影响高墩小半径曲线桥,表3显示了峰值加速度和位移响应时每个码头的小城地震波峰值加速度的500加输入和动态变化系数为1.62。

从表3的最大位移响应的切向位移是桥墩墩3 #,达到20.365毫米。最小位移是码头的径向位移2 #,一个值为7.167毫米。顶部的峰值加速度和位移的码头1 #墩2 #在径向不到切向和径向峰值加速度和位移的顶部码头3 #大于切向。上面的结果是由每个码头的位置决定的。码头3 #的合成响应和加速度响应大于码头1 #墩2 #,原因是输入码头3 #的底部是由当地地形的放大效应在地震激励一个(动态变化因素)是1.6。

4.4。的位移响应分析码头3 #

为了研究模型之间的通信桥梁结构动力响应和输入地震波加速度峰值,以及动态变化因素,人物6显示了位移响应之间的对应关系的顶部码头3 #和地震波输入的峰值加速度。图7显示了顶部的位移响应之间的关系的码头3 #和动态变化的因素。

从图6码头3 #的径向和切向位移的增加增加输入地震波加速度峰值。四个地震波的作用下,LZ波使生成的动态响应结构更为重要。即使有相同的加速度峰值的输入,地震波在不同网站将不同结构的动态响应。因此,不同的网站类型的结构动态响应应采取结构设计为研究对象。从图的分析7,动态变化的因素是一个重要因素影响码头3 #的动态响应;也就是说,多点激励将有一个更大的对结构的动力响应的影响。因此,当设计不规则桥梁、地震波的传播在不同的网站应该考虑导致结构的动力响应的变化。

从图7码头3 #的径向位移大于切向位移,除了某些情况下。它可以从分析地震波输入方向的地震波的输入方向之间的角度和码头3 #的切线方向45度,所以码头# 3的径向和切向位移桥墩应该基本等价;然而,测试结果是不同的。

根据分析的空间布局特征模型曲线桥,众所周知,顶部的位移响应码头3 #不仅是相关的输入方向地震波激励,而且相关的曲线梁和的部分特征码头3 #。地震力的作用下,梁的扭转运动的趋势,导致梁运动进行扭转振动,所以径向位移大于切向位移的顶部3 #桥墩。

4.5。桥的应变响应的分析

每次地震后,更典型的地震破坏现象,损坏码头的底部是由于过度的压力。本文只分析每个码头的底部和中间压力下代表埃尔森特罗地震波。桥墩的应变响应如图8。

从图8码头3 #的峰值应变大于码头1 #和码头2 #在不同加速度峰值的输入;结果表明,考虑多点激励提高应变响应的码头。之间的最大应变三个码头是1628με,还没有达到1675年的收益率应变με。桥墩的坚硬的钢筋是由于滑动隔离之间的叠层橡胶支座梁和墩;地震下的梁的惯性力不能在码头上,导致一个小地震荷载在码头上。

5。结论

摘要振动台试验的钢筋混凝土高墩小半径曲线桥梁规模1/20的比例,曲线桥的地震反应法在多点激励进行了研究,并得到了以下结论。(1)一般来说,与地震荷载水平的增加,高墩小半径曲线桥的频率逐渐减少,和阻尼比增加而加重损害的结构。(2)一个清晰的工作机制扩展设备振动台的设计,可有效改变地震波的加速度峰值,实现当地地形的模拟效果。是可行的完成多点激励测试由一个摇床。(3)地震波扩张装置之间的差异和振动台显示不同的地震波传播规律的情况下相同的网站是不一样的。因此,在高墩的抗震设计和小半径曲线桥,地震波的影响特点的支持结构应考虑由于当地地形效应。(4)后当地地形对地震波的放大效应,高桥墩的地震反应和小半径曲线桥变得更加复杂。码头3 #的位移响应显著增加与码头# 1相比,表明有显著差异在不同桥墩的地震需求当地地形效果考虑,计算和抗震设计应根据不同桥墩的抗震要求。(5)应变响应的桥梁高墩小半径曲线表明,当地地形效应可以提高应变响应码头。此外,轴承的摩擦滑动可以有效降低传输的惯性力梁桥墩,进行实际的桥墩的地震力较小的和有效的,以避免形成塑性铰的桥墩。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这个项目是重庆市科学技术委员会支持的项目(cstc2018jscx-msybX0167)、中国博士后科学基金会的一般程序(2019 m663442),重庆市教育委员会科学技术研究项目(KJQN202001216 KJQN201901219),万州区科技创新项目(关键技术的研究和应用对地震诱发中小跨度梁桥梁安全在山区),和重庆的灾难预防和控制工程研究中心银行在三峡库区和结构(SXAPGC18ZDI02/03 SXAPGC19ZDI01)。