獨(dú)柱雙層高架橋墩柱振動臺試驗(yàn)研究-II：結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)_圖文

1、 第 期 彭 凱 ， ： 柱雙層 高架橋墩 柱振 動 臺試 驗(yàn)研 究一 結(jié)構(gòu)地 震反 應(yīng) 等 獨(dú) ： 廣 一 廠 廠一 冀 曼 埒 輜 罨 蛙 蛞 廠 ， ！ 二 引 一 三 一 上層 質(zhì)量質(zhì)心最 大位移 層質(zhì)量質(zhì)心攝大位移 ， （） 上層公路梁模擬質(zhì)量 （） 下層軌道梁模擬質(zhì)量 圖 模 型結(jié)構(gòu) 上層公路梁模擬質(zhì)量質(zhì) 心處 的 一 曲線 ， 對 比 圖 、 中 系 列 和 系 列 曲 線 可 （）（ ） 見， 對應(yīng)于同一個(gè) 值 ， 系列 給出的損傷指標(biāo)相 比系列 大得 多 ， 原 因在 于 ： 況 系列 先 于系列 其 工 執(zhí)行 ， 系列 完 成 后 ， 余 的 損 傷 會 傳 遞 到 系 列

2、 殘 ， 而影 響其 損傷 發(fā)展 。 從 面構(gòu) 件 ， 而文 獻(xiàn) 、 列 圖表 是 針 對 典 型 的 圓柱 所 和方 柱 給 出 的 ， 模 型 結(jié) 構(gòu) 的 適 用 性 還 有 待 考 證 。 對 為此 ， 從文 獻(xiàn) 、 列矩 形 截 面有 效 剛度 圖（ 先 所 模 型結(jié) 構(gòu)墩 柱截 面 輪廓 更 接 近矩 形 ） 取 個(gè) 代 表 性 查 截面 的有 效 剛度折 減 系數(shù) ， 直 接通 過截 面彎 矩一 再 曲 墩 柱 截 面 有 效 剛 度 的估 算 在結(jié) 構(gòu) 抗 震設(shè) 計(jì) 中 ， 確 估計(jì) 地 震 需 求 至為 關(guān) 準(zhǔn) 鍵， 這就要求能夠準(zhǔn)確估計(jì)結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件 在地震反 應(yīng) 中的截 面有

3、 效抗 彎 剛 度 ， 別 是 結(jié) 構(gòu) 接 近屈 服 時(shí) 特 的有效 剛度 。而結(jié) 構(gòu)有效 剛度 與結(jié) 構(gòu) 自振頻 率 直接 相關(guān) ， 在結(jié) 構(gòu)質(zhì) 量分 布不 變 的條件 下 ， 構(gòu) 自振 頻率 結(jié) 取決于結(jié)構(gòu)剛度。廣義地來 講 ， 若忽略小 阻尼 比的 影響， 則體 系頻 率 和剛度 之 間有如 下關(guān) 系 ： （ ） （） 式 中 ， 為 體 系無 阻尼 自振頻率 ； 廠 為體 系廣 義 剛度 ； 率分析計(jì)算 個(gè)代表性截面 的有效剛度折減系數(shù)。 表 列 出 了以上 種方法 得 到 的結(jié) 果 。 表 模型 結(jié)構(gòu) 墩柱截面有效剛度折減系數(shù) 墩柱截面有效剛度折減系數(shù) 墩底 墩底上方壁 突變 突變上

4、方壁 平均 截面 厚變化起始點(diǎn) 截面 厚變化起始點(diǎn) 值 圖表 法 一 彎矩一 曲率分析 因?yàn)?模型 結(jié) 構(gòu)墩 柱 截 面 形 狀 、 寸 、 筋 率 、 尺 配 軸 壓 比等參 數(shù)是 不 斷變 化 的 ， 因此 表 對 個(gè) 代 表 性 截 面進(jìn)行分析計(jì)算 和統(tǒng)計(jì)平均 ， 以反映結(jié)構(gòu)各截面 為體系廣義質(zhì)量。 若 模 型結(jié)構(gòu) 在地 震反 應(yīng) 中 因?yàn)?墩柱 截 面開裂 導(dǎo) 致結(jié) 構(gòu)有 效剛度 相 比初 始 毛 截 面 剛度 發(fā) 生 折 減 ， 而 質(zhì)量分布不變 ， 則其地震反應(yīng) 中包含的 自振頻率也 會 隨著 剛度 的折 減按 照式 （ ） 的關(guān) 系降 低 。對 照 表 表 可知 ， 、 當(dāng)結(jié)構(gòu)

5、控 制 截 面 最 大地 震 彎 矩 絕 對 值 接近 其 等效 屈 服 彎矩 時(shí) ， 構(gòu) 地 震反 應(yīng) 基 本 頻 率 結(jié) 會 收斂 為 常數(shù) 。將此 頻率 常數(shù)值 與 對應(yīng) 方 向結(jié)構(gòu) 初 始彈性 基頻 進(jìn) 行 比較 ， 可 以根 據(jù) 式 （ ） 到 結(jié) 就 得 構(gòu)接 近屈 服時(shí)其 有效 剛度 相對 初始 毛截 面 剛度 的折 減系數(shù)： （） （） 式中，。 為體系有 效剛度 ； 為體 系初 始毛截面剛 度。 由表 可 知 在 結(jié) 構(gòu) 接 近屈 服 時(shí) 收 斂 為 。 不同剛度折減 的綜合 效應(yīng)。由表 可 見， 文獻(xiàn) 、 查圖表方法給 出的模 型結(jié) 構(gòu)墩柱有效剛度折減 系數(shù)總體 比直接 的

6、截面彎矩一 曲率分析結(jié)果要高 ； 而 后 者所 得 個(gè) 截 面 的平 均 折 減 系數(shù) ： 與 前 面 ， 得 到 的結(jié) 構(gòu)第 階廣 義 剛度 折 減 系數(shù) 試 驗(yàn)值 （ 映 反 結(jié) 構(gòu)各 截 面不 同剛度 折 減 的綜 合效 應(yīng) ）更 為 ： 接近。因此筆者推薦， 在有條件的情況下， 盡量采用 直接的彎矩一 曲率分析方法確定異形 、 薄壁、 變截面 非規(guī)則構(gòu)件的有效剛度折減系數(shù) ， 以更為準(zhǔn)確地估 計(jì) 地震 需求 。 結(jié) 語 通 過對 獨(dú)柱 雙層 高架 橋縮 尺模 型進(jìn) 行分 級調(diào) 幅 的多個(gè) 系列 模擬 地 震 振 動 臺試 驗(yàn) ， 試 其 關(guān) 鍵 加速 測 相應(yīng)地 ， ： ， 盧本 身

7、標(biāo) 示 的 是 ， 模型結(jié)構(gòu)第 階廣義剛度 的折減程度 ， 是結(jié)構(gòu)接近 屈服 時(shí)各構(gòu) 件 剛度折 減 的綜 合效 應(yīng) 。 文獻(xiàn) 、 對 典型 的鋼筋 混凝 土 圓 柱 和方 柱 ， 于構(gòu) 件 截 面 彎 矩 基 曲率關(guān)系分析 ， 出了查 取構(gòu)件截面有效剛度的 給 一 度和位移反應(yīng)時(shí)程 ， 進(jìn)行地震反應(yīng)特性 、 反應(yīng)頻率成 分變化和結(jié)構(gòu)損傷發(fā)展分析 ， 得到主要結(jié)論如下 ： 獨(dú)柱 雙 層 高 架 橋 水 平 向地 震 反 應(yīng) 主 要 取 決 ） 于對應(yīng) 方 向前 階振 型反 應(yīng) 的貢獻(xiàn) ； 獨(dú)柱 雙層 高架 橋上 層公 路梁 質(zhì)心 地震力 主 ） （ 下轉(zhuǎn)第 頁） 圖表 。 由于本文 模型結(jié) 構(gòu)

8、 墩柱 為六 邊形 的薄 壁變截 第 期 張 華 南 ， ： 室波形鋼 腹板 等 多 組 合 箱梁橫 向 受力研 究 表 汽 車 活 載 作 用 下 箱 梁 橫 向 應(yīng) 力 峰 值 位置 距橫 向中心 頂板 峰值距橫向中 頂板 峰值距橫 向中 說 明 線的距離 頂面 心線 的距離 底面 心線的距 離 影響， 當(dāng)集 中荷 載作 用于相鄰兩 塊橫 隔板 的中間位置 時(shí) ， 向應(yīng)力峰 值較 大 ； 橫 當(dāng)集 中荷 載 作 用于橫 隔 板位 置 時(shí) ， 向應(yīng)力 峰值 將發(fā)生 突變 ， 向應(yīng)力峰值 減小 。 橫 橫 由箱梁 橫 向應(yīng) 力 分布 曲線 可 以看 出 ， 中荷 ） 集 載 作用 位置 引起

9、的局 部橫 向彎 曲產(chǎn)生 的橫 向應(yīng) 力值 較 大 ， 其他 箱室 的影 響較 小 。 對 箱梁 的橫截 面 形 式 和橫 隔 板 數(shù) 量 的改 變 ， ） 對 頂板 橫 向應(yīng) 力有一 定影 響 ， 因此 需通 過方案 比選 ， 確 定合 理 的截 面形 式 和橫 隔板 數(shù) 量 ， 以滿 足箱 梁橫 向 受 力要求 。 一 一 一 由表 可 知 ， 當(dāng)車道荷 載 橫 向作 用 位 置為 時(shí)， 頂板頂面產(chǎn)生橫 向壓應(yīng)力 ， 頂板底面產(chǎn)生橫 向拉 應(yīng)力 。在 位置 和 即 中 、 室 橫 向 中心 線 處 ， ， 邊 橫 向應(yīng)力均 達(dá) 到 最大 ； 位 置 和 ， 中 、 腹板 在 、 即 邊 加

10、腋 處 ， 向應(yīng) 力 值 均 較 大 。當(dāng) 車道 荷 載 橫 向作 用 橫 位置 為 時(shí) ， 板 頂 面將 產(chǎn) 生 橫 向拉應(yīng) 力 ， 頂 頂板 底 面將產(chǎn) 生橫 向壓 應(yīng) 力 。在 位 置 處 ， 即翼 緣 板 端 部， 頂板頂 的橫 向拉 應(yīng) 力 和 頂板 底 的橫 向壓 應(yīng) 力 達(dá) 到最 大值 ， 均 出現(xiàn) 在邊 腹板 加腋處 。 且 車道荷載作用于邊 、 ） 中室 中心線及各腹板加 腋 處時(shí) ， 向應(yīng)力 峰 值 較 大 ； 用 于 翼緣 板 端 部 時(shí) ， 橫 作 頂板 頂 面 出現(xiàn)最 大 橫 向拉 應(yīng) 力 ， 板 底 面 出現(xiàn) 最 大 頂 橫 向壓應(yīng) 力 。 參 考文獻(xiàn) ： 朱高波

11、臂施 工波 形鋼腹 板 懸 組合 連續(xù)箱 梁橋 的 設(shè)計(jì)研究 （ 碩士學(xué) 位論 文 ） 南 京 ： 東南 大學(xué) 交通 學(xué) 院 ， 徐科英 預(yù)應(yīng)力混凝土弧形底 多室箱 梁結(jié)構(gòu)分 析及設(shè) 計(jì)方法 研 究 （ 士 學(xué)位 論 文 ） 上 海 ： 濟(jì)大 學(xué) ， 碩 同 結(jié) 語 通過 系 統(tǒng)研 究單 箱 三 室波 形 鋼腹 板 組 合 箱 梁， 在集 中荷 載和車 道荷 載作 用下 ， 向應(yīng)力 的分 布 橫 規(guī)律 ， 出 以下 幾點(diǎn) 結(jié)論 ： 得 集 中荷 載的橫 向作用 位置 對箱 梁 橫 向應(yīng) 力 有 ） 一 郭 金瓊 形 梁設(shè) 計(jì) 理論 京 ： 民交 通 出版 箱 北 人 社 ， 吳海林 預(yù)應(yīng)力混凝

12、 土箱 梁受 力行 為 分析 （ 士學(xué)位 碩 論文 ） 北京 ： 北方交通大學(xué) ， 張志 田 鋼筋混凝土箱梁橫 向受力性 能的理論 研究及 試驗(yàn) 研 究 （ 士 學(xué) 位 論 文 ） 長 沙 ： 碩 湖南 大 學(xué) ， 定影 響 ， 對于單箱三室 的波形鋼腹板 組合箱梁 ， 各腹板加 腋處負(fù)彎矩 區(qū)為橫 向受力 的最不利位 置。 集 中荷 載的縱 向作用 位置 對箱 梁 橫 向應(yīng)力 的 ） ， 公路橋涵通用設(shè)計(jì) 規(guī)范 （ 接第 ） 上 頁 要 由基本 振 型反應(yīng) 貢 獻(xiàn) ， 層 軌 道 梁 質(zhì)心 地 震 力 主 下 要 由第 階振 型反 應(yīng)貢獻(xiàn) ； 參考 文獻(xiàn) ： 彭 凱， 李建 中， 朱 字 ，

13、 柱雙 層 高架橋 墩柱 振 等 獨(dú) 動臺試驗(yàn)研究一： 構(gòu) 動力特 性 重慶交 通大 學(xué) 結(jié) 學(xué)報(bào) （ 自然科學(xué)版 ） ， ： ， （ ） ， 范立礎(chǔ) ， 建 中， 李 王君杰 架橋 梁抗 震設(shè) 計(jì) 高 北 京 ： 民交通 出版社 ， 人 郭 磊 梁結(jié) 構(gòu)基于 位移 的抗震 設(shè)計(jì) 方法研究 （ 橋 博 士學(xué)位論文 ） 上海 ： 同濟(jì)大學(xué) ， ， ， 上 層 公 路 梁 質(zhì) 心 和 下 層 軌 道 梁 質(zhì) 心 的 地 震 ） 位 移均 以基本 振 型反應(yīng) 的貢 獻(xiàn)為 主 ； 在地震反應(yīng)最強(qiáng)烈 時(shí)段墩底截面地震彎矩 主要 ） 由基本振型反應(yīng) 貢獻(xiàn)而墩身突變截 面地震 彎矩主要 由 第 階振型反應(yīng) 貢獻(xiàn) ， 在地震 后