钢阻尼滑板支座振动台模型设计

孔令俊 曹志峰 张银喜 夏樟华

(1.株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007； 2.福州大学土木工程学院，福建 福州 350108)



钢阻尼滑板支座振动台模型设计

孔令俊1曹志峰1张银喜1夏樟华2

(1.株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007； 2.福州大学土木工程学院，福建 福州 350108)

为探究振动台试验模型试验过程，以某两跨桥面连续简支梁桥为工程背景，从桥梁相似关系、模型制作、配筋、支座及测点布置等方面，对振动台桥梁缩比模型进行了研究，并总结了振动台缩比模型设计经验，以供参考。

振动台，简支梁，桥面，试验模型

0 引言

我国自20世纪60年代开始引进板式橡胶支座，并对其进行了研究和试验[1]。板式橡胶支座具有结构简单、成本低廉、置换方便等优点[2]。板式橡胶支座是公路中小跨径桥梁中经常使用的一种支座[3]，但是根据支座病害调查结果，板式橡胶支座在使用过程中容易出现局部脱空、剪切变形超限等问题[4]。四氟滑板橡胶支座是在普通橡胶支座表面附一层2 mm～3 mm的聚四氟乙烯板[5]。聚四氟乙烯滑板橡胶支座属于纯滑动摩擦支座[6]，这种支座不易控制梁体与支座间的相对位移。借鉴钢阻尼器的优点，扬长避短，文献[7]提出一种四氟乙烯滑板橡胶支座与钢阻尼器相结合的体系，即钢阻尼滑板支座，如图1所示，该支座结构简单、安装和更换方便、经济性好。文章以一两跨桥面连续简支梁桥振动台试验模型为基础，研究了桥梁相似关系、模型制作与配筋、支座及测点布置等，总结了振动台缩比模型设计经验，为广大学者提供参考。

1 工程背景

拟建的书图大桥位于潮安县凤塘镇，桥位区位于冲积平原，地形平坦，地面标高约1.9 m～14.5 m，桥墩采用柱式墩，桥台采

用座板台，联间采用D80伸缩缝。桥梁全长1 248.3 m，桥梁起点桩号为K9+431.5，终点桩号为K10+679.8，中心桩号为K10+055.65。根据GB 18306—2001中国地震动参数区划图及《广东省潮州至惠州高速公路工程场地地震安全性评价报告》，桥址区地震基本烈度为7度，地震动峰值加速度归档为0.15g，桥址区抗震设防类别为B类，抗震设防烈度按8度进行设防。试验采用跨度为25 m的桥面连续简支梁桥进行缩比振动台试验，试验桥跨为两跨。

2 相似关系

较大缩尺比的模型施工方便，尺寸效应的影响也相对较小，地震反应更加接近于原型结构，因此缩尺比宜尽可能取大值；同时由于振动台承载能力、吊车起吊能力、试验场地尺寸等因素的限制，模型的缩尺比又应控制在一定的范围之内，因此需要选择合适的缩尺比以达到较理想的试验结果。根据福州大学振动台系统的试验设备条件，本试验最终确定模型比例尺为1∶5，振动台试验设计相似常数如表1所示。

表1 振动台试验设计相似常数

3 振动台试验模型设计

3.1 墩梁模型设计

合理选取模型材料是模型试验的关键问题之一。模型材料的选取应按照以下原则：

1)满足相似条件的要求；

2)满足试验目的的要求；

3)满足仪器的测量要求；

4)满足易于加工的要求。

为了准确模拟原型结构的动力特性和动力反应，模型尽可能的采用与原型性能相近或相同的材料。桥面板采用C40混凝土制作，其尺寸长度按照1∶5的相似比进行缩尺设计，混凝土强度与实桥基本相同，配筋参照书图大桥桥面板的配筋情况。桥面板总长为5.1 m，宽为2.7 m，纵筋直径采用10 mm钢筋，箍筋直径采用6 mm钢筋。模型桥墩墩柱净高1.32 m，直径为0.27 m。为了将桥墩模型与振动台台面固定，在墩柱底端设置混凝土底座，长宽高为2.4 m×0.72 m×0.36 m，混凝土底座预留孔洞，其位置与振动台台面相应位置锚孔重合，试验时通过螺杆及螺母将混凝土底座与振动台台面固定。桥墩纵筋选用φ12螺纹钢筋，箍筋选用φ6光圆钢筋。

3.2 模型制作与安装

桥面板、桥墩模型的施工质量和精度对振动台试验的成败以及试验数据的代表性具有决定性作用，因此应对混凝土及钢材质量、模板加工精度、混凝土浇筑振捣质量、混凝土养护等各个施工环节做好严格把控。

混凝土构件桥面板、桥墩的制作，外模采用木模分段施工，木模易成型，易拆模，且加固后的木模刚度足够，保证不跑模、不变形。桥墩模型施工的基本流程：

1)底座钢筋绑扎和桥墩主筋定位绑扎；

2)箍筋绑扎；

3)安装模板；

4)浇筑混凝土。

4 支座试验参数

本试验选用的支座为钢阻尼滑板支座，按照水平刚度相似原理，设计缩比模型用支座。试验模型所用支座参数如表2所示。

表2 钢阻尼滑板支座参数

5 测点布置设计

根据试验测试内容，需要测试整个试验过程中桥墩和桥面板的位移及加速度、支座的位移和受力、桥墩墩顶和墩底应变等。为了准确测量这些数据，需要提前布置好测试仪器和测试方案。根据钢筋混凝土挡块试件可能发生的破坏形态，电阻应变片主要布置在倒U型剪切钢筋的两肢。本试验在中、边墩内侧挡块倒U型剪切钢筋设置应变片，单侧挡块布置2只，全桥共计12只。纵向钢筋应变片布置，在墩柱墩顶附近一层截面、墩底附近两层截面共计二层截面处的四根纵向钢筋布置了应变片。其中，墩顶截面为墩柱与盖梁的交界面以下10 cm处，墩底截面为墩柱与基座的交界面处。每层截面内布置4只应变片，单只桥墩合计8只，全桥共计24只。为了测量墩柱横向箍筋在地震作用下的应变，在布置纵向钢筋应变片的两层截面内的横向箍筋布置了应变片。每层截面内布置2只应变片，单只桥墩共计4只应变片，全桥共计12只。主梁质量块的加速度传感器布置，在每跨质量块纵向对称中心位置布置纵桥向加速度传感器，两跨合计5只。中墩及振动台台面的加速度传感布置，边墩的加速度传感器布置位置与中墩相同。在桥墩盖梁顶面、墩柱跨中和墩柱顶部各布置2只纵向加速度传感器，在振动台台面布置了1只横向加速度传感器，单只桥墩共计5只加速度传感器，全桥合计15只。主梁质量块位移计布置，在每跨质量块跨中各布置1只位移计，全桥共计2只。为了测量墩梁相对位移，在每墩中间支座位置的混凝土梁处设置位移计，将主梁质量块位移计测量到的位移值减去支座下位移计测量到的位移值即为该支座处发生的墩梁相对位移。模型共布置8只位移计。工况一、二、三中，在每个支座底下安装三压力传感器，全桥共需8只三压力传感器。综上，测试通道数合计98个。

6 结语

在振动台模型的设计、制作及加载过程中，应严格遵循相似理论进行，模型结构只有满足相似条件，才能按相似理论由模型试验结果推算出实际结构的相应地震反应。通过一两跨桥面连续简支梁桥振动台试验模型的建造过程，研究了桥梁相似关系、模型制作及配筋、支座及测点布置等，总结了振动台缩比模型设计经验，为广大学者提供参考。

[1] 曹永占.桥梁板式橡胶支座的工程应用及问题探究[J].交通世界，2010，9(5)：230-231.

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

[3] 马少卿.浅析公路桥梁中板式橡胶支座设计[J].青海交通科技，2015，20(4)：33-35.

[4] 李晓翔，张 勇.公路桥梁板式橡胶支座典型病害及原因分析[J].铁道建筑，2013，40(6)：27-30.

[5] 汪青杰，张延年.冻融条件下四氟滑板橡胶支座受压性能研究[J].土木工程学报，2014，47(1)：130-135.

[6] 杨彦飞，王喜堂.桥梁支座及其恢复力模型[J].广州建筑，2008，36(6)：11-14.

[7] 王 雷，陈政清.钢阻尼滑板支座体系在常规桥梁中应用探索[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，工程师

U441.3

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