文摘
现有的减震研究钢筋只局限于简支梁桥。为了减震钢筋的应用扩展到其他领域,本文发展一种新型减震钢筋与限制功能,适合连续梁桥梁。震荡钢筋的结构和工作机理进行了分析。三组标本的减震钢筋是捏造出来的,然后反复设计的准静态加载的加载装置,为了研究其抗震性能参数,包括滞回曲线、骨架曲线和初始刚度和等效粘滞阻尼比。结果表明,当试件的位移超过最初的差距,进入能量耗散的阶段,有一个稳定的滞回曲线和良好的抗疲劳强度。此外,减震装置具有很高的初始刚度和屈服后可以提供稳定承载力。设计的等效粘滞阻尼系数反映了减震钢筋具有良好的耗能能力。
1。介绍
减震阻尼器通常是安装在上部和下部结构的连接的桥梁。使用摩擦或塑性变形产生的阻尼器,该阻尼器可以消散的一部分能量转移到大桥和减少地震能量了桥,从而保护了桥。
常用的阻尼器分为speed-dependent阻尼器和displacement-dependent阻尼器。speed-dependent阻尼器的耗能能力与速度;也就是说,变形速度越快,阻尼力越大。displacement-dependent阻尼器,他们使用阻尼器的滞回变形来消耗能量,能量耗散能力是相关的位移产生的阻尼器。displacement-dependent阻尼器是一种减震装置,具有一定刚度的调整能力和特定的能量耗散能力,可以提供一个附加阻尼比结构。在各种displacement-dependent阻尼器、金属阻尼器受到了最多的关注。目前,研究人员已经开发出多种阻尼器,例如,X形加强钢板阻尼器(1),三角加强钢板阻尼器(2),蜂窝钢板阻尼器(3),槽式钢板阻尼器(4),E形钢阻尼器(5),杆和杆式阻尼器(6),和钢铁垫(7,8]。
减震设计的钢筋是一种减震设备高和李9)减少地震能量转移到铁路桥梁的设计原则”支持的功能的分离。“这属于一个各向同性条形displacement-dependent阻尼器。孟et al。10)全面调查了性能指标的强度、刚度,滞回性能和耗能能力的综合减震阻尼效应的动静力钢筋和分析铁路简支梁桥。李等人。11)开发了一种分离减震钢筋和研究其工作机理,性能参数和设计原则。刘和高12)开发了一个钢铁抑制剂棒系统在铁路桥梁和分析其滞回性能和限制作用。上述研究人员关注的应用简支梁桥梁减震钢筋。因此,有必要进一步的研究的应用连续梁桥梁减震钢筋。
强烈地震作用下,桥墩的地震力连续梁桥梁严重不均匀。皮尔斯与固定支持承担大部分的地震力,导致大塑性变形底部的码头,进一步导致混凝土底部的码头脱落甚至梁崩溃。相比之下,皮尔斯与活动支持产生更大的码头和梁之间的相对位移,但他们不充分发挥他们的耐震性和不充分利用剩余的力量。针对这个问题,本文提出了安装减震装置的可移动的码头。通过能量耗散能力和极限函数的减震装置,码头之间的相对位移和连续梁桥梁的梁局限,地震水平力由移动式码头增加共享,和固定墩的地震力降低,从而提高连续梁桥梁的抗震性能。基于上述思想,本文提出了一种新型减震钢筋极限函数和能量耗散函数和系统地调查了结构设计、工作原理,设计减震和滞回行为的钢筋。
2。减震钢筋的结构和工作原理
2.1。减震的结构钢筋
减震装置主要由钢圆筒,有限的戒指,保留戒指,钢筋、螺栓和螺母,法兰盘,和橡胶密封,如图1(一)和1 (b)。钢筋由两个分离相同结构的钢筋,钢筋和分离由两部分组成:酒吧和法兰盘。两个分离的钢筋的连接环法兰和螺栓和螺母。极限环安装和固定在preburied钢筒,和一组初始差距保持气缸和钢筋。preburied外的扣环安装钢瓶,接触的最大横断面位置栏,和一个小两者之间的差距也将促进中钢筋的旋转操作。使用橡胶密封圈密封之间的差距扣环和钢筋,以防止杂质进入内部preburied钢筒填补有限环之间的初始间隙和酒吧。的部分部分钢筋之间的接触位置和扣环扣环采用相同的部分设计。此外,部分是适当扩大,以确保稳定的部分之间的接触位置钢筋和扣环,从而形成稳定的工作性能。
(一)
(b)
减震装置可以根据其功能分为两个部分。限制一部分preburied钢圆筒的组成部分,有限环,扣环,钢瓶内的酒吧安装。另一部分是能量耗散的部分组成的钢瓶外的酒吧,法兰,螺栓和螺母。
减震装置具有以下特点:(1)减震装置有一个初始的差距,因此,桥梁结构的正常操作不会影响减震装置(2)能量耗散的部分是设计以同样的强度,确保杆上的力达到一定值时,钢筋的部分可以同时产量和进入塑性阶段(3)钢筋采用圆截面,可以在任何方向提供相同的刚度和阻尼,可以实现的功能限制和冲击耗散在不同的方向(4)减震装置的上部和下部钢筋是分开的,这是易于安装和替换
2.2。减震钢筋的工作原理
减震装置的工作状态可分为两个阶段。(1)根据桥梁结构的正常运行,当码头之间的相对位移和梁结构生成的不超过最初的差距的减震装置,减震装置的工作状态自由位移和不提供任何力桥结构,如图2(一个)。(2)当桥梁结构遭受地震荷载和码头之间的相对位移和梁超过最初的差距,进入工作状态,能量耗散部分及其功能的限制和减震开始工作,如图2 (b)。
(一)
(b)
正常操作下的桥,桥梁结构的变形一般温度载荷的结果,混凝土收缩和蠕变加载和水平载荷的移动车辆。此时,减震装置是在第一阶段工作的钢筋可以自由流离失所。因此,最初的差距减震装置是由变形引起的桥梁结构的正常工作负荷。
2.3。安装的减震钢筋
减震钢筋安装在码头的顶部和底部的梁和滑动轴承一起工作。安装示意图如图3。钢瓶是嵌入到混凝土中。钢瓶外的可以设置加劲肋与混凝土的接触面积增加,提高嵌入效应的钢筒混凝土。
安装钢瓶底部的梁采用preburied方法,和钢圆筒放置梁在梁底部的生产。预留孔的方法可以用来安装嵌入式钢瓶在码头上。嵌入的位置应该是准确的。
3所示。实验装置
3.1。实验设计
在准静态测试中,三组1:1减震钢筋标本。标本的编号350 - 1、350 - 2、350 - 3。最初的差距30毫米的减震装置,设计了位移是120毫米,160毫米的极限位移,极限载荷350 kN。试样的几何尺寸如图所示4。
3.2。实验设备
准静态测试实验装置如图5图所示,安装设备6。实验装置主要由MTS伺服传动装置、机架,固定表,和剪力墙。MTS伺服致动器是用来执行命令的主要控制者;控制速度、方向、位移和力的负载测试期间;和反馈力和位移等信息到主控制器。MTS伺服驱动器使用的测试有630 kN的最大力量和最大行程位移的250毫米。固定表模拟情况下吸收震荡钢筋安装在码头和梁,这样的工作环境标本接近实际。剪力墙提供了一个固定位置的MTS伺服驱动器和经受的反应的致动器。
(一)
(b)
MTS伺服致动器的一端由高强度螺栓固定在剪力墙,和幻灯片的另一端被锁定核心连接装置。滑动核心是嵌入在支撑架的幻灯片,和滑动的核心是固定上preburied钢筒,这样上层preburied钢瓶可以同步与滑动核心流离失所。低preburied钢瓶是嵌在混凝土固定表,和钢筋的减震装置安装在上部和下部钢圆筒。在测试期间,MTS伺服驱动器提供了一种循环往复位移载荷滑动核心,和滑动的核心驱动器减震装置执行周期性往复运动。混凝土固定表与支撑架是固定的,和两个没有接受任何位移在整个测试。
3.3。加载策略
在准静态测试,研究了试样的力学性能通过应用负载在两个阶段。第一阶段是标准的加载测试。同等step-increasing位移荷载应用于标本350 - 1、350 - 2、350 - 3。加载位移是40毫米,60毫米,80毫米,100毫米,120毫米,140毫米,160毫米,3为每个位移周期执行。第二个阶段是limit-displacement反复循环荷载试验样品在哪里limit-displacement负载下加载和卸载。这个阶段的测试调查的稳定性低循环疲劳的标本。标准的加载测试完成后,样品是由站一段时间,然后160毫米的limit-displacement负载应用于第二阶段测试的标本。当样品坏了或承载力显著降低,第二阶段的测试停止。
标准载荷试验的加载策略如图7。漂移率被定义为顶部位移比吸收震荡钢筋的高度。
4所示。实验结果和分析
4.1。实验过程和现象
在准静态测试中,三组后减震标本完整标准的加载测试,样品的表面是光滑和无,显示良好的滞回性能。后的标本被允许站在一段时间内,进行低循环疲劳试验在160毫米的位移。
标本350 - 1 89次被毁后,明显的宏观裂纹出现在下层钢筋的表面。标本的最大承载能力明显降低,并测试了。最后的形状试样如图8。
(一)
(b)
标本350 - 2 73次后被摧毁。降低钢筋爆发后,上层钢筋产生微裂隙,和钢筋显示明显的塑料卸载后残余变形。最后的形状试样如图9。
(一)
(b)
标本350 - 3 89次后被摧毁。降低钢筋断了,这显然是观察到的断裂,塑性变形继续积累和疲劳失效。最后的形状和骨折标本图所示10。
(一)
(b)
最大位移量为160毫米,加载失败的三个标本接近对方。标本350 - 1 331 kN,标本350 - 2 349 kN,标本350 - 3是348 kN。
三个样本的故障现象相对较近,随着疲劳失效发生在能量耗散减震钢筋的一部分。这表明样品具有良好的塑性变形能力,可以承受超过70的最终位移加载周期,表现出良好的抗低循环疲劳。
4.2。磁滞曲线
三个标本的磁滞曲线获得的准静态测试,如图11。
标本350 - 2的滞回曲线和标本350 - 3基本一致。试件的滞回曲线350 - 1覆盖面积较大的小位移的阶段。随着位移的增加,试件的滞回曲线350 - 1正逐渐接近的两个标本。
然而,总的来说,从图可以看出,磁滞曲线的三个标本非常接近,和钢筋的每个磁滞曲线显示了double-fusiform与原点对称形状,形状是相对完整。每个位移下的3-cycle滞回曲线基本上是一致的,显示稳定的机械性能和能量耗散能力。极限位移循环加载时,试样的强度和刚度是稳定的,并且没有下降的现象,这表明样品具有良好的低循环疲劳性能,可以确保多个循环荷载作用下性能稳定。
4.3。骨架曲线
骨架曲线表明载荷和位移之间的关系,是用来反映初始刚度,屈服荷载,屈服位移、延性结构。这是一个重要的基础分析地震结构的弹塑性动力响应。试件的骨架曲线是通过分析相应的磁滞曲线。具体来说,每个磁滞曲线的位移下的最大值点的样品是按顺序连接,并获得信封是骨架曲线。
图12介绍了骨架曲线的三个标本。从图可以看出,骨架曲线有两个截然不同的转折点。第一个转折点表示从自由位移的阶段过渡到弹性变形阶段。第二个转折点代表了从弹性变形阶段过渡到塑性变形阶段。这两个转折点将骨架曲线的形状分为三个部分,它们分别表示为三个工作阶段的减震装置,即。自由位移的阶段,弹性变形阶段和塑性变形阶段。骨架曲线的形状的正面和负面的方向基本上是对称的起源、代表的减震装置具有相同的正面和负面的载荷作用下的力学性能。
也可以从图的骨架曲线标本350 - 1、350 - 2和350 - 3基本上是一致的,表明其稳定的机械性能。
4.4。对抗震性能的主要参数
减震装置的主要参数对抗震性能包括初始刚度 ,postyield刚度 ,屈服荷载 ,屈服位移 ,极限载荷 ,极限位移和最初的差距 。
每个试件的抗震性能参数可以得到合适的骨架曲线和滞回曲线的测试数据,表中列出1。
的初始刚度钢筋的设备可以达到6 kN /毫米或更多。大初始刚度有利于提高设备的限制作用,这有助于避免梁碰撞造成的相邻梁和大型码头之间的相对位移和地震载荷下的梁。随着位移的增加,钢筋的割线刚度逐渐减少,并有一种倾向,将逐渐变平。这是有利于生成钢筋的塑性变形,从而消散的能量转换成桥结构。
等效粘滞阻尼比是一个重要的参数来评估结构的能量耗散能力组件和反映了耗能减震装置的性能。在这篇文章中,等效粘滞阻尼比仍然是用来测量的能量耗散性能减震装置钢筋。等效粘性阻尼比计算由以下方程: 在哪里一个级的地震能量消散的滞回变形结构和等于闭磁滞回线包围的区域在一个周期;u磁滞回线的最大位移的结构;F对应的负载高于最大位移。
等效粘滞阻尼比的三个标本在每个位移计算和绘制,如图13。作为减震装置处于弹性状态,没有塑料能量耗散40毫米的位移下,等效粘滞阻尼比计算位移的60毫米。最后的等效粘滞阻尼比的减震钢筋作为平均每个回路的等效粘滞阻尼比的曲线在每个位移。
等效粘滞阻尼比的样品350 - 1350 - 2和350 - 3是0.278,0.270,和0.265,分别在设计时位移是120毫米;他们是0.317、0.316和0.309,分别时的极限位移是160毫米。
从图可以看出13等效粘滞阻尼比的三个标本具有相同的趋势,它随位移的增加,随着越来越多的能量耗散能力。所有的三个标本的等效粘滞阻尼比达到0.26设计位移下的120毫米,达到0.3的极限位移下160 mm,表明设计的减震装置具有良好的变形和能量耗散的性能。
5。结论
摘要减震钢筋设备提出了限制功能。通过准静态测试三个标本,吸收震荡的滞回行为和骨架曲线研究了钢筋,和抗震性能参数进行了分析。主要结论概括如下:(1)减震装置的极限函数适用于抗震设计连续梁nonfixed码头的桥。设备的工作状态分为两个阶段。在正常操作负荷的力量下,减震装置的工作状态自由位移。地震荷载的力量下,震荡钢筋位移超过极限位移和能量耗散的进入工作状态。(2)减震装置的磁滞曲线对称double-fusiform,和每个位移下的磁滞回路基本上是一致的,表明其稳定的工作状态。减震装置的极限低循环疲劳可以忍受超过70的循环加载,显示其良好的耐低循环疲劳。震荡钢筋具有良好的耗能能力,疲劳失效的位置是在能量耗散钢筋的一部分。(3)减震装置具有很高的初始刚度和屈服后可以提供稳定承载力。震荡钢筋有更高的等效粘滞阻尼比大位移下,显示其良好的能量耗散能力。(4)需要进一步量化研究调查的阻尼效应对连续梁桥梁减震钢筋。理论和实验方法应该用于进一步分析吸收震荡的影响设备连续梁桥梁的地震响应,以便它可以更好地应用于实际工程。
数据可用性
测试数据都包含在这篇文章,可以免费提供。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项工作是支持的项目的国家高技术研究发展计划(863计划)(批准号2008 aa030707)。