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文檔簡介

橋梁橡膠支座減、隔震性能研究本文在橋梁板式橡膠支座、聚四氟乙稀滑板橡膠支座的動(dòng)力剪切性能以及弧形鋼振條的滯回性能試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,建立了相應(yīng)的力學(xué)分析模式。通過簡支梁橋模型的地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)和計(jì)算分析,驗(yàn)證了計(jì)算模式的正確性,并表明弧形鋼板條耗能器與滑板橡膠支座組合是一簡易而理想的減震、耗能體系。 關(guān)鍵詞:橡膠支座,聚四氟乙稀滑板橡膠支座(簡稱滑扳橡膠支座),弧形鋼板條耗能器,減震,隔震。一、引 言近甘年來,橡膠支座在我國橋梁工程中已得到了廣泛的應(yīng)用,但對(duì)這種支座的減、隔震問題尚缺乏充分的研究。為滿足橋梁抗震設(shè)計(jì)的需要,本文試圖評(píng)價(jià)目前國內(nèi)橋梁橡膠支座的減、隔震性能,提出弧形鋼板條耗能器與滑板支座組合使用的減、隔震體系(圖1),并作了試驗(yàn)研究,從而建立相應(yīng)的計(jì)算模式。二、橋梁板式橡膠支座和滑板橡膠支座的動(dòng)力剪切試驗(yàn)試驗(yàn)的橡膠支座采用國內(nèi)江蘇省常熟橡膠制品廠加工制造的板式橡膠支座,選用的規(guī)格為:14014028、15020028、15020035、14014035、10010029;滑板橡膠支座選用的規(guī)格為:100x100325和100x 200325,支座的硬度為邵氏60士5。試驗(yàn)是在同濟(jì)大學(xué)材料力學(xué)試驗(yàn)室引進(jìn)的英國INSTRON公司生產(chǎn)的1343型電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。為利用該疲勞試驗(yàn)機(jī)做控膠支座的動(dòng)力剪切試驗(yàn),專門設(shè)計(jì)了一套輔助的試驗(yàn)架,見圖2。為研究板式橡膠支座的動(dòng)、靜剪切剛度,滑板支座的滯回性能及動(dòng)摩擦系數(shù),我們做了大量的試驗(yàn),獲得了規(guī)律基本一致的數(shù)據(jù)與圖表,示例于圖3、4、5、和表1。在分析了大量的試驗(yàn)結(jié)果后,可得出下列結(jié)論:(1)對(duì)于一定的剪切應(yīng)變,隨著頻率的增加,剪切模量明顯增加,(2)對(duì)于一定的頻率,隨著剪切應(yīng)變的增加,剪切模量大幅度降低;(3)支座規(guī)格,壓應(yīng)力值對(duì)剪切模量無明顯影響;(4)壓應(yīng)力和頻率卡,滑板橡膠支座的滯變能隨著滑動(dòng)位移的增加而增加;(5)壓應(yīng)力和滑動(dòng)位移一定,滑板橡膠支座的滯變能隨著頻率的增加而增加;(6)對(duì)于一定的滑動(dòng)位移和頻率,滑板橡膠支座的滯變能隨著壓力的增加而增加;(7)滑板橡膠支座的摩擦系數(shù)隨著反應(yīng)力的增加而減少,隨著滑動(dòng)位移的增加,以03Hz頻率滑動(dòng)時(shí),相應(yīng)的摩擦系數(shù)有明顯增加,而以001Hz頻率滑動(dòng)時(shí),摩擦系數(shù)無明顯變化;(8)板式橡膠支隊(duì)的滯回曲線是狹長的;滑板橡膠支座的滯回曲線類似于理想彈塑性材料問滯回曲線。 三弧形鋼板條耗能器的滯回性能試驗(yàn) 試驗(yàn)用的弧形鋼板條耗能器, 是用A3號(hào)扁鋼冷彎加工而成,如圖6所示。試驗(yàn)亦在上述同類型的電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)上業(yè)行,并設(shè)利萬擬應(yīng)的試驗(yàn)架(圖7)。試驗(yàn)所得弧形鋼板條的滯回曲線示例于圖8。顯見,弧形鋼板條的滯回曲線類似于低碳鋼的單向拉伸試驗(yàn)的恢復(fù)力曲線,但弧形鋼板條的工作原理不同。它因是冷彎加工而成,弧形鋼板條的圓弧部分的應(yīng)變相等,在初始階段,圓弧段內(nèi)的應(yīng)力不會(huì)增加,圓弧一端的直線段應(yīng)變?cè)黾?,而圓弧另一端應(yīng)變減少。當(dāng)圓弧一端的直線段應(yīng)變達(dá)到與圓弧段的應(yīng)變相等時(shí),圓弧開始挪動(dòng)。在挪動(dòng)前弧形鋼板條的力與位移的數(shù)系近似線彈性,挪動(dòng)后弧形鋼板條隨著位移的增加,力有少量的增加。最大行程量值僅受H值(見圖6)大小限制,通過大量的試驗(yàn),可得出下述結(jié)論:(1)弧形鋼板條的行程量,可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要選擇d值大小,若行程量大于d值時(shí),圓弧則被拉直,(2)弧形鋼板條的滯回曲線類似于雙線型桿的恢復(fù)力曲線,(3)頻率對(duì)孤形鋼板條滯回性能無明顯影響;(4)隨著t2R的比值增加,滯回面積增大, 隨著弧形鋼板條寬度增加,滯回面積亦增加,(5)隨著行程量的增加,耗能明顯增加。 四、板式橡膠支座、滑板橡膠支座和弧形鋼板條耗能器恢復(fù)力計(jì)算模式1 板式橡膠支座的試驗(yàn)表明,它的滯回曲線是狹長形,可以近似作線性處理。它的剪切剛度盡管隨著最大剪切應(yīng)變的變化和頻率的變化而變化,但對(duì)于特定頻率和最大的剪切角而言可以近似看作常數(shù)。因此,板式橡膠支座的計(jì)算模式近似按最大的剪切應(yīng)變和頻率來確定支座的剛度,并作線性處理。 2 滑板橡膠支座與弧形鋼板耗能器的滯回曲線(見圖5和圖8)是類似的,因而可將其計(jì)算模式都采用雙線型恢復(fù)力函數(shù)來表達(dá),見圖9。 根據(jù)上述的計(jì)算模式,我們編制了多跨簡支梁和多跨連續(xù)梁橋具有橡膠支座時(shí)的線性和非線性地震反應(yīng)程序。五、具有橡膠支座的簡支梁橋振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)本試驗(yàn)在同濟(jì)大學(xué)工程結(jié)構(gòu)研究所的模擬地震振動(dòng)臺(tái)上完成的。試驗(yàn)用梁為模擬梁,尺寸4m(l)lm(B)12m(h),重量約為115t。滑板橡膠支座規(guī)格為100100325和160200325兩種。圖l0中采用三點(diǎn)式支座布置是為便于梁的安裝定位。 各種類型的支座設(shè)置在地震波作用下的最大反應(yīng)值匯總于表2。從表2可見三個(gè)橡膠支座的位移響應(yīng)不完全相同,這是由于梁的偏心及梁底不平整等因素引起各支座的受力不均勻所致。限于篇幅,僅例示滑板橡膠支座與弧形鋼板條耗能器組合使用的梁橋系統(tǒng)04gELCentro波作用下梁的位移時(shí)程曲線(如圖11)。 試驗(yàn)結(jié)果表明:(1)滑板橡膠支座較板式橡膠支座有一定的隔震作用,隨著地震加速度峰值的增加這種作用越明顯,但位移一般較板式橡膠支座大;(2)弧形鋼板條對(duì)于減少結(jié)構(gòu)的滑動(dòng)位移有明顯的作用,以表2中02gG3波的反應(yīng)為例,滑板橡膠支座與弧形鋼板條組合體系的位移反應(yīng)為65mm,遠(yuǎn)小于板式橡膠支座體系的反應(yīng)130mm或滑板橡膠支座體系的反應(yīng)225mm,加速度反應(yīng)較滑板橡膠支座體系有所增加但較板式橡膠交座為小。(3)滑板橡膠支座加少量的油脂對(duì)反應(yīng)無明顯影響。六、橡膠支座的減、隔震性能分析1 不同支座體系的計(jì)算模式試驗(yàn)驗(yàn)證為了驗(yàn)證不同支座體系計(jì)算模式的正確性,對(duì)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)用的簡支架橋模型作了地震反應(yīng)計(jì)算,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。由于振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中梁兩端所設(shè)置的支座體系是類同的,梁可以看作一個(gè)質(zhì)點(diǎn),可簡化為兩端支座并聯(lián)的單質(zhì)點(diǎn)體系。作者對(duì)試驗(yàn)用的幾種支座體系都作了計(jì)算分析,有關(guān)支座及弧形鋼板條的動(dòng)力參數(shù)均按前面的試驗(yàn)結(jié)果取值。例如,滑板橡膠支座與弧形鋼板條組合使用時(shí),在04g峰值ELCentro波作用下的地震反應(yīng)計(jì)算中,支座剪切模量取岡20MPa,摩擦系數(shù)取007,6根弧形鋼板條的彈性剛度為18105Nm,塑性剛度為18105Nm,彈性極限位移加6mm,其計(jì)算的時(shí)程曲線示于圖12,相應(yīng)的試驗(yàn)時(shí)程曲線示于圖11。顯然計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合;其他支座體系的相應(yīng)比較也都基本吻合,在此不一一枚舉。2 橡膠支座橋梁地震反應(yīng)的若干影響因素通過試驗(yàn)研究;在基本上證實(shí)了各支座體系計(jì)算模式的可靠性后,我們應(yīng)用自編程序?qū)θ舾捎绊懸蛩刈髁朔治?,限于篇幅,僅將有關(guān)結(jié)論簡述如下:(1)梁重量和摩擦系數(shù)對(duì)橡膠支座梁橋地震反應(yīng)影響對(duì)于板式橡膠支座,梁的質(zhì)量的增加會(huì)增加體系的周期,相應(yīng)地增加梁的位移響應(yīng),減少加速度響應(yīng),對(duì)于滑板橡膠支座,隨著梁質(zhì)量的增加,一方面因支座壓應(yīng)力加大導(dǎo)致滑板摩擦系數(shù)的減小,增加梁的位移和減少加速度響應(yīng),另一方面摩擦系數(shù)即使不變,隨著梁的質(zhì)量增加滑移量亦有所增加。(2)弧形鋼板條耗能器對(duì)滑扳橡膠支座梁橋地震響應(yīng)的影響弧形鋼板條耗能器減小梁的滑動(dòng)位移。若弧形鋼板條的數(shù)目系數(shù)較小者,滑板橡膠支座的摩擦系數(shù)較小者,弧形鋼板條耗能器對(duì)降低滑移量的作用更為明顯。(3)阻尼系數(shù)的影響對(duì)于板式橡膠支座,阻尼力會(huì)減少梁的位移加速度響應(yīng),但對(duì)于滑板橡膠支座,阻尼力起減少梁的位移而增大梁的加速度的響應(yīng)。七結(jié) 論1 由于板式橡膠支座剪切性能近似為線彈性,因而它的耗能減震效果并不明顯,但相對(duì)于輥軸支座與固定支座的梁橋體系,因板式橡膠支座能適當(dāng)增加體系的周期并能使墩臺(tái)分擔(dān)地震力,對(duì)橋梁抗震還是有益的。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果

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