CentrifugeModelingofBridgeSystemsDesigned剖析Word文档格式.docx

1、关键词：地震；浅基础；摇摆桥；离心模型简介：在地震导致桥体崩塌的案件中，这些桥体有的是因为钢筋混凝土柱的损坏，有的是因为钢约束的不足，有的是因为抗剪钢筋的缺乏和延性不足。然而，在某些案件中，摇摆却基础有助于避免桥梁柱体的严重破坏。但是，摇摆系统的普及仍然存在一些障碍：摇摆基础强度不能确定的错误想法；因为摆动而过多的关注桥梁倾覆；估计漂移率和沉降量还缺乏实践经验。特性：独立基础的基础中心的倾覆力矩达到受弯承载力时候，基础开始摇摆。土壤承压平衡了垂直荷载。示意图如下：由此提出了极限摇力矩（rocking moment capacity）的定义： （1）式中Q=与土体地面接触的总垂直荷载，包括桥面重

2、，基础重和覆土重。Lf=振动方向的基础长度A=基础面积Ac=临界面积（当极限承载力充分发挥作用后来支撑Q。）临界长度定义了基底剪力系数： （2）式中 且在0.20.3之间=横向应力/上层结构重量（g）（如上图）图解：X轴：基础转动（毫弧度）；Y轴：当时摇力矩/极限摇力距此图很好的说明了：摇摆基础可以很好地吸收土体产生的能量且摇摆基础非常有韧性（其延性 10）二柱受弯的桥梁系统特性上图为两种破坏机理（a）摇摆基础和顶部柱体屈服（b）摇摆基础和刚性柱体图（b）中用销连接柱顶和上部结构，销可以传递剪切载荷但不向柱子传递弯矩。这可以防止弯矩转移到基础上还能防止摇摆。但本实验中作者允许销在破坏范围里摆动

3、。50%的静轴向荷载由基础承受而剩余部分由桥台承受。因此x=0.5。对于二柱体系统剪力系数：桥台和基础的荷载分布依赖于质量分布，而基础的沉降与桥台，桥面刚度有关。很多原因促使了桥面刚度成为一个很重要的设计因素。首先，垂直刚度影响基础所承受的全部垂直荷载中的一部分（即，因素x）其次，长轴的扭转刚度对可以影响桥面的旋转和隆起，而横向刚度的影响微乎其微，因为桥面在这个方向上相对刚度大。实验设计和模型属性其中LJD01模型涉及单自由度桥和非线性柱模型的相互作用。LJD02研究加州南部的两个两柱两跨原型桥。前一个执行新设计原则（新西兰国际1170.5），后一个设计抗震标准需求。为了探讨摇摆系统的翻转机制

4、，LJD03测试倾向于研究反复震动引起的崩塌，用来比较摇摆基础系统崩塌机制与固定基础中柱体屈服机制。下表给出了测试序列，物理模型代码，他们的关键模型属性，土壤密度和承载力安全因素SD=小型基础模型；MD=中型基础模型；SF=小型基础模型；LF=大型基础模型；4CSF=四个柱体和四个小型基础组成的模型=土壤相对密度=传统浅基础承载力方程计算的土壤的垂直承载力安全系数=摇摆基础的基底剪力系数=铰接柱的基底剪力系数如果Cr Cy，则基础在柱子塑性铰形成前有摇摆的倾向，固定基底的情况相反。如果Cr与 Cy很相近，那么在柱子和基础都可能发生塑性行为。上表为离心模型所涉及的比例因子。其中N是重力的比例因子

5、。桥梁模型是建立在均匀的、干燥的；级配D50=0.17 mm 的Nevada沙子上，相对密度分别是73%（LJD01），77%（LJD02）, and 38%（LJD03）。峰值摩擦角大约36（LJD01和 LJD02）和33 （LJD03）。为了达到最低的垂直承载力安全系数，本实验使用相对密度38%的沙子，测得最低值为LJD03测试中显示的11。而LJD01, LJD02实验显示摇摆基础在致密砂中能很好的进行。物理模型的设计和描述下图为实验模型：LJD01 （a） LJD03 （b） LJD03（c） LJD03（d） 下图为LJD02的纵向方向桥模型、基础水平方向的正视图下图为LJD02的

6、三维模型测量LJD02简支边界桥面的垂直弯曲刚度是1.20 E4 kN/m,然而目标刚度是0.94E4 kN/m。测量扭转刚度是4.90E6 kN m然而目标是7.38 E6 kN m。如果基础相对于桥台和自由场地减小1cm，那么每个基础的垂直荷载将会减少60kN （=1.20E4 kN=m0.01 m/2）。aT1fixed =在离心测试前测量的固定基础的基本周期bT1m=在离心测试期间测量的固定基础的基本周期当摇摆基础允许时候，有切口柱子的模型的周期延长率从0.48s到0.8s多，SD,MD都是1.17s，只比1.15s多一点，因为切口柱子的原因，SD,MD周期延长率变化不是很明显。输入动

7、作PGA=峰值地面加速度 PGV=峰值地面速度Sa=光谱峰值加速度 Tp=主要时间AF=所输入运动的放大系数动作按比例缩小并且避免超过其振幅能力，频率，避免超过离心和振动台设备的承受能力。实验结果离心模型试验配备了丰富的位移传感器，加速度计和应变仪。协同耦合位移传感器和加速度计测量模型的平移和旋转运动，轴向应变仪上测试测量柱子的动态力矩和轴向载荷。所选择的输入事件的历史加速时间：（a）旧金山LJD02；（b）加兹利LJD02;（C）摩根LJD03；（d）4VAStepPulse in LJD03;（e） 1999台湾集集地震;（f）旧金山和台湾集集地震；（g）加兹利、摩根和4VAStepPul

8、seLJD02上桥面漂移；摇摆基础（上图）固定基础（下图）展示了桥面漂移率，等于桥面的侧向位移除以桥面相对于基础的高度。摇摆桥基础的基础转动峰值是12.5mrad，然而永久的旋转是3.4mrad。基础已经倾向摇摆回最初的位置。然而，传统铰接中柱体的转动峰值是27.5而它的永久转动值是13.0mrad。摇摆桥的最大总漂移率（=柱转动值+基础转动值）要比传统铰接柱体大。但是两个桥系统残余总漂移率（residual total drifts）是基本相同的。摇摆桥要小一些。但是柱体屈服仍然显著，这显示出摇摆桥的柱体实验值要比设计值微弱。可能归因于铝强度由于焊接导致的退化。摇摆力矩：（a）摇摆桥的基础；（b）铰接桥的基础；（c）摇摆基础桥的柱体；（d）铰接桥的柱体小摇摆基础的弯矩承载力即使在两个完整周期后也没有显示出退化。大的磁滞回线循环消散大量的地震能量。最大力矩和预测值相应。也观察到当翻转大约大于2mrad时基础开始屈服。对于摇摆桥系统来说，能量通过摇摆基础和铰接柱子耗散的分别是204 kN m 和352 kN 摇摆基础占总耗散能量的37%对于传统的铰接柱子桥梁系统，能量通过基础和铰接柱子耗散分别是82和617。柱子所耗散的能量占总耗散能量的88%。圣费尔南德LJD03测试照片：（a）大型基础铰接柱体；（b）小型基础摇摆基础；（c）摇摆基础干扰地面