鋼阻尼滑板支座振動臺模型設計

孔令俊 曹志峰 張銀喜 夏樟華

(1.株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007； 2.福州大學土木工程學院，福建 福州 350108)

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鋼阻尼滑板支座振動臺模型設計

孔令俊1曹志峰1張銀喜1夏樟華2

(1.株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007； 2.福州大學土木工程學院，福建 福州 350108)

為探究振動臺試驗模型試驗過程，以某兩跨橋面連續簡支梁橋為工程背景，從橋梁相似關系、模型制作、配筋、支座及測點布置等方面，對振動臺橋梁縮比模型進行了研究，并總結了振動臺縮比模型設計經驗，以供參考。

振動臺，簡支梁，橋面，試驗模型

0 引言

我國自20世紀60年代開始引進板式橡膠支座，并對其進行了研究和試驗[1]。板式橡膠支座具有結構簡單、成本低廉、置換方便等優點[2]。板式橡膠支座是公路中小跨徑橋梁中經常使用的一種支座[3]，但是根據支座病害調查結果，板式橡膠支座在使用過程中容易出現局部脫空、剪切變形超限等問題[4]。四氟滑板橡膠支座是在普通橡膠支座表面附一層2 mm～3 mm的聚四氟乙烯板[5]。聚四氟乙烯滑板橡膠支座屬于純滑動摩擦支座[6]，這種支座不易控制梁體與支座間的相對位移。借鑒鋼阻尼器的優點，揚長避短，文獻[7]提出一種四氟乙烯滑板橡膠支座與鋼阻尼器相結合的體系，即鋼阻尼滑板支座，如圖1所示，該支座結構簡單、安裝和更換方便、經濟性好。文章以一兩跨橋面連續簡支梁橋振動臺試驗模型為基礎，研究了橋梁相似關系、模型制作與配筋、支座及測點布置等，總結了振動臺縮比模型設計經驗，為廣大學者提供參考。

1 工程背景

擬建的書圖大橋位于潮安縣鳳塘鎮，橋位區位于沖積平原，地形平坦，地面標高約1.9 m～14.5 m，橋墩采用柱式墩，橋臺采

用座板臺，聯間采用D80伸縮縫。橋梁全長1 248.3 m，橋梁起點樁號為K9+431.5，終點樁號為K10+679.8，中心樁號為K10+055.65。根據GB 18306—2001中國地震動參數區劃圖及《廣東省潮州至惠州高速公路工程場地地震安全性評價報告》，橋址區地震基本烈度為7度，地震動峰值加速度歸檔為0.15g，橋址區抗震設防類別為B類，抗震設防烈度按8度進行設防。試驗采用跨度為25 m的橋面連續簡支梁橋進行縮比振動臺試驗，試驗橋跨為兩跨。

2 相似關系

較大縮尺比的模型施工方便，尺寸效應的影響也相對較小，地震反應更加接近于原型結構，因此縮尺比宜盡可能取大值；同時由于振動臺承載能力、吊車起吊能力、試驗場地尺寸等因素的限制，模型的縮尺比又應控制在一定的范圍之內，因此需要選擇合適的縮尺比以達到較理想的試驗結果。根據福州大學振動臺系統的試驗設備條件，本試驗最終確定模型比例尺為1∶5，振動臺試驗設計相似常數如表1所示。

表1 振動臺試驗設計相似常數

3 振動臺試驗模型設計

3.1 墩梁模型設計

合理選取模型材料是模型試驗的關鍵問題之一。模型材料的選取應按照以下原則：

1)滿足相似條件的要求；

2)滿足試驗目的的要求；

3)滿足儀器的測量要求；

4)滿足易于加工的要求。

為了準確模擬原型結構的動力特性和動力反應，模型盡可能的采用與原型性能相近或相同的材料。橋面板采用C40混凝土制作，其尺寸長度按照1∶5的相似比進行縮尺設計，混凝土強度與實橋基本相同，配筋參照書圖大橋橋面板的配筋情況。橋面板總長為5.1 m，寬為2.7 m，縱筋直徑采用10 mm鋼筋，箍筋直徑采用6 mm鋼筋。模型橋墩墩柱凈高1.32 m，直徑為0.27 m。為了將橋墩模型與振動臺臺面固定，在墩柱底端設置混凝土底座，長寬高為2.4 m×0.72 m×0.36 m，混凝土底座預留孔洞，其位置與振動臺臺面相應位置錨孔重合，試驗時通過螺桿及螺母將混凝土底座與振動臺臺面固定。橋墩縱筋選用φ12螺紋鋼筋，箍筋選用φ6光圓鋼筋。

3.2 模型制作與安裝

橋面板、橋墩模型的施工質量和精度對振動臺試驗的成敗以及試驗數據的代表性具有決定性作用，因此應對混凝土及鋼材質量、模板加工精度、混凝土澆筑振搗質量、混凝土養護等各個施工環節做好嚴格把控。

混凝土構件橋面板、橋墩的制作，外模采用木模分段施工，木模易成型，易拆模，且加固后的木模剛度足夠，保證不跑模、不變形。橋墩模型施工的基本流程：

1)底座鋼筋綁扎和橋墩主筋定位綁扎；

2)箍筋綁扎；

3)安裝模板；

4)澆筑混凝土。

4 支座試驗參數

本試驗選用的支座為鋼阻尼滑板支座，按照水平剛度相似原理，設計縮比模型用支座。試驗模型所用支座參數如表2所示。

表2 鋼阻尼滑板支座參數

5 測點布置設計

根據試驗測試內容，需要測試整個試驗過程中橋墩和橋面板的位移及加速度、支座的位移和受力、橋墩墩頂和墩底應變等。為了準確測量這些數據，需要提前布置好測試儀器和測試方案。根據鋼筋混凝土擋塊試件可能發生的破壞形態，電阻應變片主要布置在倒U型剪切鋼筋的兩肢。本試驗在中、邊墩內側擋塊倒U型剪切鋼筋設置應變片，單側擋塊布置2只，全橋共計12只。縱向鋼筋應變片布置，在墩柱墩頂附近一層截面、墩底附近兩層截面共計二層截面處的四根縱向鋼筋布置了應變片。其中，墩頂截面為墩柱與蓋梁的交界面以下10 cm處，墩底截面為墩柱與基座的交界面處。每層截面內布置4只應變片，單只橋墩合計8只，全橋共計24只。為了測量墩柱橫向箍筋在地震作用下的應變，在布置縱向鋼筋應變片的兩層截面內的橫向箍筋布置了應變片。每層截面內布置2只應變片，單只橋墩共計4只應變片，全橋共計12只。主梁質量塊的加速度傳感器布置，在每跨質量塊縱向對稱中心位置布置縱橋向加速度傳感器，兩跨合計5只。中墩及振動臺臺面的加速度傳感布置，邊墩的加速度傳感器布置位置與中墩相同。在橋墩蓋梁頂面、墩柱跨中和墩柱頂部各布置2只縱向加速度傳感器，在振動臺臺面布置了1只橫向加速度傳感器，單只橋墩共計5只加速度傳感器，全橋合計15只。主梁質量塊位移計布置，在每跨質量塊跨中各布置1只位移計，全橋共計2只。為了測量墩梁相對位移，在每墩中間支座位置的混凝土梁處設置位移計，將主梁質量塊位移計測量到的位移值減去支座下位移計測量到的位移值即為該支座處發生的墩梁相對位移。模型共布置8只位移計。工況一、二、三中，在每個支座底下安裝三壓力傳感器，全橋共需8只三壓力傳感器。綜上，測試通道數合計98個。

6 結語

在振動臺模型的設計、制作及加載過程中，應嚴格遵循相似理論進行，模型結構只有滿足相似條件，才能按相似理論由模型試驗結果推算出實際結構的相應地震反應。通過一兩跨橋面連續簡支梁橋振動臺試驗模型的建造過程，研究了橋梁相似關系、模型制作及配筋、支座及測點布置等，總結了振動臺縮比模型設計經驗，為廣大學者提供參考。

[1] 曹永占.橋梁板式橡膠支座的工程應用及問題探究[J].交通世界，2010，9(5)：230-231.

[2] 王延平.橋梁板式橡膠支座病害案例分析[J].交通科技，2012，10(5)：48-51.

[3] 馬少卿.淺析公路橋梁中板式橡膠支座設計[J].青海交通科技，2015，20(4)：33-35.

[4] 李曉翔，張 勇.公路橋梁板式橡膠支座典型病害及原因分析[J].鐵道建筑，2013，40(6)：27-30.

[5] 汪青杰，張延年.凍融條件下四氟滑板橡膠支座受壓性能研究[J].土木工程學報，2014，47(1)：130-135.

[6] 楊彥飛，王喜堂.橋梁支座及其恢復力模型[J].廣州建筑，2008，36(6)：11-14.

[7] 王 雷，陳政清.鋼阻尼滑板支座體系在常規橋梁中應用探索[J].世界地震工程,2014，30(4)：147-150.

Shaking table test model design of steel damping slide bearing

Kong Lingjun1Cao Zhifeng1Zhang Yinxi1Xia Zhanghua2

(1.ZhuzhouTimesNewMaterialTechnologyCo.,Ltd,Zhuzhou412007,China;

2.SchoolofCivilEngineering,FuzhouUniversity,Fuzhou350108,China)

To research the process on shaking table test model, a two span simply supported beam bridge with continuous deck is taken as background project. The research includes similar relationship, model construction, reinforcement, bearing and measure point disposal. The test process of shaking table is summarized, and provide reference to scholar.

shaking table, simply supported beam, continuous deck, test model

1009-6825(2016)27-0146-02

2016-07-15

孔令俊(1983- )，男，工程師

U441.3

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