文摘

在本文中,用绳子连接设备(WRCD),认为码头和梁的相对加速度作为控制变量,提出了改善现状的连续梁桥受力的一个码头沿纵向方向,基于协同的原则。WRCD设备,满足温度和车辆荷载的缓慢的位移要求在正常的操作下,实现和使用以提高滑动轴承性能的码头。在地震期间,由于包装绳的放大效应,纵向力的瞬时大僵硬状态。振动台试验的基础上,一个典型的连续梁桥地震期间检查WRCD的性能,动态特性,结构加速度、位移、应变反应结构在不同频率下的光谱,和减少地震输入强度进行了分析和地震WRCD的性能。这一分析表明,通过激活WRCD,加速度响应的比值的滑动轴承的固定支座码头码头从10%上升到57%;此外,每个码头上的力出现更均匀。此外,与输入地震强度的增加,主梁的位移和固定墩底的地震反应大大降低,每个码头的协同效应更加突出。网站在一定条件下,WRCD可以有效改善滑动轴承码头之间的协同效应和固定支座码头;然而,获得的改善结果与地震输入特征直接相关。WRCD应该确定的设计参数根据不同的现场条件和最优WRCD的应用范围。

1。介绍

连续梁桥是桥梁结构实际工程中常用的。他们占>中国桥梁的总长度的40%。此外,近年来,连续梁桥的建设已逐渐增加的数量和趋势的跨度桥梁稳步提高。伸缩缝之间的跨度增加了数量从3 - 4到10 - 12,和伸缩缝的长度。跨度的增加和伸缩接头长度、设计状态没有足够改变一个固定轴承,以满足温度和机械荷载引起的位移要求沿纵向方向。在地震过程中,纵向地震荷载的上层建筑是几乎完全由一个固定轴承码头,和地震潜在滑动轴承的码头并非完全利用具有相同结构尺寸(1]。虽然固定支座桥墩的延性可以提高结构的抗震性能通过增加配筋率,这种方法需要结构不可避免地产生一定的损伤,这是具有挑战性的修复。最常见的方法来提高连续梁桥的抗震性能是通过安装多个隔离设备。研究人员进行实质性的研究为连续梁桥梁安装隔离轴承和粘滞阻尼器,取得了可观的研究成果(2- - - - - -8]。凯利和Eidinger [9和凯利10)提出了叠层橡胶支座的系统理论和设计方法,进行拉伸试验研究方法。泰勒和罗宾逊(11),黄等。12,安倍et al。13)在领导核心执行测试橡胶轴承和获得的等效线性模型和滞回耗能性能领导核心橡胶轴承。彭et al。14和Zhang et al。15研究了双曲面球形支持的抗震性能。Ou et al。16),燕et al。17),而沈et al。18开发新的复合金属阻尼器和检查了他们的表演。上述研究结果提供一个基础研究和设计的桥阻尼和孤立。然而,不管采用什么类型的阻尼和隔离设备,应当聘请大量相对位移达到理想的阻尼效果。

然而,无论使用阻尼器和能量耗散装置,可以实现理想的能量耗散性能只有在大型梁之间的相对位移和码头,和能量耗散的初始刚度设备不匹配的固定轴承。因此,滑动轴承桥墩的抗震性能不是完全利用,和一个固定轴承码头加载的条件还没有从根本上得到改变。近年来,一些研究人员锁定设备上进行了系统性研究。不过,这些设备不能有效降低低桥墩的地震反应(19,20.]。由于价格的挑战和维护,他们没有几个在实际工程中的应用。

基于协同作用原理的包装绳连接设备(WRCD)提出的减少地震性能WRCD强震已经检查了下通过一个典型的连续梁桥梁的振动台试验。WRCD,认为码头和梁的相对加速度作为控制变量,本研究提出了改善现状的连续梁桥梁承重力的一个码头沿纵向方向,基于协同原理。WRCD实现,用于提高滑动轴承性能的码头。研究不同频率谱和输入强度进行了分析,揭示了地震的还原性能WRCD通过动态特性,结构加速度、位移和应变响应的结构。这一结果为类似桥梁结构中的应用提供了参考。

2。WRCD设计

WRCD结构关系图如图1。在正常操作条件下,位移缓慢的WRCD能满足要求的温度和车辆荷载。在地震期间,码头之间的相对加速度和梁是控制变量来激活质量块的旋转惯性力,附着在转轴。然后生成更大的摩擦,这是放大的循环包装绳通过轴的摩擦,导致瞬时滑动轴承的刚度大码头,并取得了“锁定”状态。上层建筑的地震惯性力共享滑动轴承码头和固定支座之间的码头。因此,固定支座的地震响应码头和梁的纵向位移减少结束。当地震输入的能量是相当大的,特定的能量可以被摩擦力的包装绳,和减少地震性能。WRCD由一个旋转的轴①,附加质量块②,③设备支持板,支撑板④,腿⑤,绕组电缆⑥、⑦摩擦轴,装配螺栓⑧。提出WRCD基于的原则使用绳子和木制桩之间的摩擦自锁系统。当有相对运动趋势,它可以产生相当大的摩擦。

3所示。摇表测试的设计

3.1。材料选择

有多种材料适合开发振动台试验模型。由于材料选择对测试结果的影响,考试的力学性能和材料的选择标准选择的测试是必要的。使用的材料根据测试的目的各不相同。例如,弹性的材料,如钢和有机玻璃,通常用于研究的响应规则结构,和弹塑性材料,如混凝土,通常用于检查损坏和失效模式的结构特征。

振动台试验的目的是研究地震的还原性能WRCD在地震和动态特性进行了分析,结构的加速度、位移和应变响应在不同频率下光谱和输入地震激励的强度。主要梁和墩Q345D是由钢铁材料。

3.2。相似性系数

确定三个独立的相似性系数作为主要的振动台试验模型的相似比设计通常是必要的,和其他物理量的相似比例可以推导出使用基本相似的比例。在实践中,由于实验室条件和模型材料的局限性,不能保证满足所有物理量相似比。因此,我们可以获得一定的相似系数,推导出的基本相似性系数设计模型,和其他的相似性系数不同的物理量。

振动台的最大重量是20 t和大小是3 m×3 m。的长度模型的相似系数是1/30,这是受到震动的大小和最大承载力表。加速度是集的相似系数。主光束和皮尔斯的原始结构混凝土材料,弹性模量的相似系数为6.338。其他物理量的相似性系数推导使用这三种相似性系数。表1列出了每个物理量相似比。

3.3。模型设计

基于一个典型的研究连续梁桥跨度为40.55 + 72 + 40.55米,设计按上述比例模型相似比。振动台试验,皮尔斯被认为是按相等的码头的高度。码头的高度设计按几何相似系数,和桥墩的截面设计根据等效抗弯刚度,而忽略了扭转刚度和抗压刚度;因此,采用矩形管部分的模拟。桥墩的设计参数如表所示2。主光束被建模为一个盒子部分焊接槽钢20 b和钢板。

3.4。轴承设计

四个不平等边角钢固定与耳板底部的主光束和螺栓杆顶部的桥墩模型的固定的支持。不平等的短的腿边角钢与码头使用M15螺栓固定,和长腿是主要的连接耳板梁使用M12螺栓,如图2。滑动轴承设计使用的集成支持和WRCD。WRCD的底座是固定使用一个pre-embedded螺栓杆顶部的码头,滑动轴承是建模为聚四氟乙烯板固定在180×100×5毫米之间³矩形钢板安排在左右的底座WRCD主光束,如图3。

3.5。平衡设计

惯性力的要素结构的动态响应(21- - - - - -28)和惯性力,因果关系的质量。因此,在振动台试验,准确模拟的动态响应特征模型结构在地震过程中,等效质量的相似原型结构和模型之间的结构是一个不可避免的因素要考虑。根据相似准则,模型材料需要高密度;然而,材料本身不能实现。因此,手动添加所需的质量是保证结构满足质量相似条件。

这个模型使用一个平衡块添加质量。平衡块的质量分为5和10公斤,而实际运用的主要梁和码头是840和400公斤,分别如表所示3。

3.6。测点布置

计量点的布局主要考虑了动态特性,结构的地震响应和应力,变形的关键部分。共有37传感器被安排在整个动态特性测试的桥梁和结构的地震响应。每个传感器的布局图所示4。其中有四个拉线位移传感器测量的绝对位移主要梁和墩顶。有五个加速度计测量梁的加速度,码头,和桌面。有四个应变花(三个渠道每个应变花),和16个应变仪是对称安排码头底部测量压力。

4所示。结果与讨论

四个地面运动记录,即1976钱(EW), 1940年埃尔森特罗(NS), 1952塔夫脱,和1976年天津(NS),被选为不同频率的地震载荷谱。测试地面振动输入直接被选中代表的典型实测地震记录为振动台测试不同的网站类型。选定的测量记录地震波的钱国安波持续时间为21.93和97.36加仑的峰值类网站;埃尔森特罗波保持时间的53.73和341.7的姑娘们的高度为二级网站;塔夫特波保持时间为54.38和175.83加仑的峰值为第三类网站;和天津波保持时间为19.19和145.8加仑的高度第四类网站。Seismo信号程序是用来修改选定的时间历史的峰值加速度和时间是兼容的相似性系数。图5显示历史测试中使用的时间选择地面运动,和图6显示了响应谱选择地面运动的阻尼5%水平。

4.1。加速度响应

数据7- - - - - -10显示每个码头的峰值加速度的变化趋势与不同地震输入强度作用下的小城。滑动轴承的皮尔斯,皮尔斯的最大加速度响应值与没有WRCD WRCD减少更多。固定支座码头,最大加速度响应值与WRCD增加,如果没有WRCD相比。结果表明,WRCD被激活时,滑动轴承码头共享纵向上层建筑的地震力,最初受到固定支座桥墩。

图11显示柱状每个码头的最大加速度响应值的比较有和没有WRCD地震峰值加速度的小城波0.4 g。WRCD激活后的图中显示,纵向结构的整体刚度增加,每个滑动轴承码头的最大加速度响应值下降了25%。固定轴承的最大加速度响应值码头∼增长了4.6倍。

每个码头的反应往往是统一的。固定轴承的最大加速度响应值码头没有WRCD∼10%的最大响应值滑动轴承码头。WRCD被激活后,最大加速度响应值的固定支座码头∼57%的最大响应值与滑动轴承码头码头。

4.2。动态特性

测试模型分为两种类型:有或没有WRCD。基本的模型结构可以获得使用传递函数。之前每个工况,结构被白噪声测量模型的固有振动速度来确定结构的动态特性已经发生了变化。表4显示了两个模型的动态特性的变化趋势在不同的工作条件。钢结构,结构的固有频率略有变化,表明结构仍处于弹性阶段,没有WRCD。与测试模型没有WRCD相比,结构的固有频率降低使用WRCD后因为有五个两边的砝码装置。由于质量的增加,模型的固有频率与WRCD小于没有WRCD。固有频率与WRCD增加加速度峰值为0.4 g,后与地面运动输入的变化表明,强度,桥梁结构的动态特性与WRCD变化,设备的功能大大提高,连续梁桥的整体性能可以得到改善。

4.3。位移响应

数据12- - - - - -15显示最大位移的变化趋势在滑动轴承码头和不同地震输入的梁强度作用下的小城。滑动轴承码头,每个码头的最大位移响应值与WRCD普遍增加相比,没有WRCD。1 #滑动轴承的位移码头平均增长了33%,3 #滑动轴承码头平均增长了87%,和4 #滑动轴承码头平均增加了61%。WRCD的最大位移响应值低于未经2 #装置固定支座码头,平均减少31%。

每个滑动轴承码头没有设备,最大位移响应值的变化范围的码头地震输入强度相对较少。0.1∼0.4 g,峰值加速度时的最大位移响应值的区别两个模型是很小的。码头的最大位移响应值与WRCD迅速增加与地震输入的变化强度之间的峰值加速度时0.6和1.0 g,没有设备的设置。最大的区别在两个模型间位移大。这表明WRCD被激活时,滑动轴承码头参与结构的纵向力和分享的惯性力主要梁的一部分。随着地震输入强度,WRCD的性能更突出,连续梁桥的整体性能可以得到改善。

4.4。应变响应

数据16- - - - - -19显示的最大应变响应的变化趋势的底部每个码头不同地震输入强度作用下的小城。滑动轴承码头,峰值加速度时0.1 - -0.4 g,最大应变响应值与WRCD略低于没有WRCD和平均减少范围是30%。当加速度峰值为0.4 g,两人亲密,变化范围为7%。峰值加速度时0.6 - -1.0 g的最大应变响应值与WRCD每个墩的墩底比,没有WRCD大大增加,范围和平均增加了50%。最大应变响应值的2 #轴承固定墩底,与WRCD价值低于没有WRCD和最大限度减少36%时,加速度峰值为1.0 g。

从曲线的变化趋势,每个码头的底部最大应变响应线性变化与地震输入的强度。滑动轴承的码头没有WRCD,最大应变响应的变化趋势码头底部与地震输入强度相对较低,而与WRCD最大应变响应的变化趋势码头底部与地震输入强度相对陡峭。这表明WRCD被激活时,滑动轴承桥墩导致结构的纵向力和分享的惯性力主要梁的一部分。此外,与地震输入强度的增加,固定支座的地震响应码头进一步减少,和每个码头的协同力效果更加突出。

4.5。对不同的频率光谱响应

表5介绍了滑动轴承的峰值加速度响应值码头与没有WRCD四个典型站点条件下不同的地面运动特征时,加速度峰值为0.4 g。由于天津地面运动第四类的网站,收集的数据没有WRCD测试是错误的;因此,表中列出的值不是。钱一个地面运动类的我网站,埃尔森特罗地面运动的二级网站,和塔夫脱地面运动的第三类网站,滑动轴承的最大加速度响应值与WRCD码头相同的参数是降低和减少范围接近。固定支座码头的最大加速度响应值增加,增加的范围是不同的。埃尔森特罗的地震输入下的II类网站和塔夫脱III类网站,分别增加幅度为4.6和7.8倍。然而,钱下一个地面运动类的我网站,增加的幅度只有17.5%。WRCD可以有效改善合作力状态之间的滑动轴承码头和固定支座墩连续梁桥;然而,改善结果与地面运动特征直接相关。

表6显示了码头的位移响应的比较值,主光束峰值加速度时0.4 g典型的四个网站的条件下有不同的地面运动特征。埃尔森特罗的地震输入下的二级网站,塔夫脱的第三类网站,和天津在第四类网站,滑动轴承的最大位移响应值与WRCD码头增加相同的设置参数。埃尔森特罗的地震输入下的II类网站和塔夫脱III类网站的最大位移响应的振幅增加滑动轴承皮尔斯∼30%。天津的地震输入下的第四类网站,滑动轴承桥墩的位移显著增加(大约2倍)。宽松的网站,WRCD对滑动轴承的位移放大效应皮尔斯更突出。主光束的位移的变化规则是类似于滑动轴承桥墩的位移。没有WRCD相比,主光束的最大位移响应值降低,减少更多的实质性的埃尔森特罗的地震输入下的II类网站和塔夫脱III类网站和稍微降低地震输入下的天津在第四类网站。

钱的地震输入下的地面运动类我网站的性能WRCD不是一样相当大,在其他网站。然而,变化规则略有不同。在现场条件下,WRCD可以有效地改善滑动轴承之间的合作力状态码头和固定支座桥墩;然而,改善结果与地面运动特征直接相关。

表7显示最大应变响应的比较每个码头的底部四个典型站点条件下不同的地面运动特征时,加速度峰值为0.4 g。类似于位移响应,埃尔森特罗的地震输入的二级网站,塔夫脱的第三类网站,和天津在第四类网站,滑动轴承的最大应变响应值码头,与WRCD相同的设置参数,增加了。埃尔森特罗的地震输入下的II类网站和塔夫脱III类网站,滑动轴承的最大振幅的增加应变响应皮尔斯是20%。天津的地震输入下的第四类网站,滑动轴承码头的应变响应显著增加,高达1.2倍。的最大应变响应码头底部固定支座码头减少,和最大减少三种类型的网站是10%。

这一结果表明,在一些网站情况下,相同的位移响应,WRCD可以有效改善滑动轴承码头之间的协同效应和固定支座码头;然而,改善结果与地震输入特征直接相关。

5。结论

本文提出了WRCD基于合作力的基本原理和考虑码头和梁的相对加速度作为控制变量。振动台试验的一个典型的连续梁桥进行了检查的减少地震性能WRCD连续梁桥梁。根据测试,结果证明以下的观察:(1)加速度峰值为0.4 g时,固有频率与WRCD增加,这表明与地面运动输入的变化强度,WRCD被激活,使桥梁结构的动态特性变化,连续梁桥的整体性能可以得到改善。(2)WRCD被激活后,每个滑动轴承码头的最大加速度响应值减少了25%,和固定支座码头的最大加速度响应值增加了∼4.6倍,从10%到57%的的最大响应值与滑动轴承码头码头。(3)当峰值加速度之间的0.1和0.4 g,之间的区别的最大位移响应值两个模型是很小的。0.6∼1.0 g,峰值加速度时没有WRCD相比,皮尔斯的最大位移响应值与WRCD迅速增加地震输入的变化强度和最大位移两个模型之间的差异大。WRCD被激活时,滑动轴承码头参与结构的纵向力和分享的惯性力主要梁的一部分。与地震输入的增加强度,WRCD更可观的性能和连续梁桥的整体性能可以得到改善。(4)从曲线的变化趋势,每个码头的底部最大应变响应线性地震输入的强度变化。滑动轴承的码头没有设备,变化趋势相对温和,WRCD被激活,这是相对陡峭。随着地震输入强度增加,固定支座的地震响应是进一步减少,和每个码头的协同力效果更可观。(5)本文比较了加速度、位移和应变响应的结构不同的地面运动特征四个典型站点的条件下,当加速度峰值为0.4 g。在一些网站情况下,WRCD可以有效地改善滑动轴承码头之间的合作力状态和固定支座桥墩;然而,改善结果与地面运动特征直接相关。它是必要的,以确定的设计参数WRCD根据不同的现场条件,和最佳应用范围WRCD已经确定。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者要感谢工人,工头,安全协调员的主要承包商为他们的参与。这项工作得到了国家自然科学基金(批准号51778022)。