橡胶支座性能对比试验及工程应用

为了对比高阻尼橡胶支座和天然橡胶支座力学性能的异同,采用反复加载试验方法进行相关性试验。结果表明:随着剪应变的增加,水平等效刚度及等效阻尼比均呈反比例变化趋势;随着压应力的增加,高阻尼橡胶支座水平等效刚度和等效阻尼比呈正比例变化趋势,天然橡胶支座水平等效刚度则变化不明显;随着温度的升高,等效阻尼比和水平等效刚度均呈现减小趋势;随着加载次数增加,水平等效刚度和等效阻尼比呈减小趋势。通过工程应用案例分析,验证了隔震橡胶支座变形后的复位性能。     

一种新型黏弹性材料的力学性能试验研究

该文对一种新型黏弹性材料进行了力学性能的试验研究。通过对不同尺寸规格的新型黏弹性体进行正弦波和地震作用的加载,研究该材料的尺寸相关性。通过对新型黏弹性体进行不同应变幅值、不同加载频率、不同温度下的力学性能试验,研究该材料在不同工况下的等效剪切模量、等效阻尼比等力学性能及其变化规律。并对该材料进行了老化性能试验。结果表明:该新型黏弹性材料具有极强的耗能能力和良好的剪切变形能力,该材料在200%剪应变下等效阻尼比可达40%以上,在400%剪应变下力学性能仍保持稳定。该新型黏弹性材料不具备尺寸相关性,其力学性能与应变幅值明显相关、与加载频率相关性不大、与温度相关性较小。该材料抗老化性能良好。     

RC桥墩加载刚度退化及等效阻尼比试验

为揭示钢筋混凝土实心墩和空心墩的刚度退化规律及等效阻尼比,以剪跨比、配箍率和配筋率为设计参数,开展了7个方形实心墩和7个方形空心墩的低周往复加载试验。基于拟静力试验结果,探讨不同设计参数对实心和空心墩的滞回耗能及刚度退化的影响,建立了等效阻尼比与位移延性系数之间的关系,给出方形墩等效阻尼比的统一计算模型。通过文献中8组试验结果评估既有等效阻尼比公式,并验证所提出模型的适用性。研究结果表明：剪跨比对滞回耗能的影响不显著,而增加配筋率则可提高构件耗能能力;剪跨比对刚度退化的影响较配筋率和配箍率大,剪跨比越小的试件刚度退化越快;位移延性系数μ<3时,刚度退化系数随位移延性系数的增加呈指数下降,位移延性系数μ ≥ 3时刚度退化系数随位移延性系数的增加呈线性下降;等效屈服前等效阻尼比与刚度退化系数呈线性关系,等效屈服后等效阻尼比与刚度退化系数呈指数关系。既有等效阻尼比公式中,Priestley、程光煜和张艳青等所提公式的计算结果与试验值较为接近;较既有公式,所建议公式的计算值与试验值更为接近,适用于估算方形实心和空心墩的等效阻尼比。     

高承载力隔震支座的力学性能初步研究

桥梁减隔震技术中最常用的是铅芯隔震橡胶支座(LRB支座)和高阻尼隔震橡胶支座(HDR支座),针对这2种支座设计压应力不足的问题,基于新型阻尼材料,研制了高承载力隔震支座(GRB支座),其设计压应力可以达到35 MPa,极限压应力可以达到210MPa。对GRB支座的疲劳特性、剪应变相关性、压应力相关性、频率相关性、温度相关性和反复加载次数相关性进行试验,证明其具有良好的力学性能。以某桥6×110m的连续梁桥段为背景,采用有限元软件MIDAS Civil 2015建立桥梁计算模型,通过特征值分析和时程分析,对比桥梁在LRB支座隔震体系和GRB支座隔震体系下的主梁位移、关键截面的弯矩内力等结构响应。研究表明,GRB支座具有较大的竖向设计压应力,应用在大跨径现浇连续梁桥上,隔震效果好,支座的尺寸小,可缩小盖梁和伸缩缝尺寸,降低桥梁造价。     

板式橡胶支座滑动性能试验研究

为了研究板式橡胶支座的滑动性能,对其进行了压剪试验,重点考察了竖向面压大小和水平加载速率对支座摩擦系数的影响,以及支座滑动过程中的力学性能。试验结果表明:摩擦系数随着竖向面压的增大而减小,随着水平加载速率的增大呈现先增大后减小的趋势;在加载过程中,支座会出现滑动、脱空和卡压现象,应力应变关系曲线上出现应力突变点;支座滑动前的极限剪应变可达到120%以上。建议设计时,在经济可行的条件下,尽量减少面压;在分析支座的滑移现象时,可偏安全地选取较小的摩擦系数,并关注支座脱空和卡压带来的不利影响。     

浇筑式沥青混合料疲劳性能影响因素分析

浇筑式(GA)沥青混合料的抗疲劳特性对桥面铺装结构的使用寿命有重要影响。文中通过四点弯曲疲劳试验,分析沥青类型、油石比、应变水平及拌和温度等因素对GA沥青混合料劲度模量、加载次数、滞后角的影响。结果显示,随沥青结合料用量的增加,GA沥青混合料的劲度模量呈下降趋势,破坏时的疲劳加载次数和滞后角呈增加趋势;随应变水平的增加,劲度模量和疲劳加载次数呈下降趋势;随拌和温度的升高,GA沥青混合料的劲度模量呈增加趋势、滞后角呈下降趋势,180～240℃时温度变化对滞后角的影响显著,240～260℃时滞后角变化较平缓;合理调整最佳沥青用量或控制拌和温度,能降低或避免GA沥青混合料老化问题,提高桥面铺装结构的整体刚度,延长其使用寿命。     

考虑初始偏位脱空的板式橡胶支座滞回性能

在运营期长期复杂荷载作用下，部分桥梁板式橡胶支座可能处于偏位脱空的非理想支承状态。为定量分析其对板式橡胶支座滞回性能的影响，设计开展了3组共11种工况的压剪试验，对支座在10%～50%五种初始偏位脱空面积比例及2种初始偏位方向下的滞回曲线、骨架曲线、等效剪切刚度和等效阻尼比等进行了对比分析。结果表明：当支座偏位脱空方向与剪切方向平行时，脱空面积比例对支座力学性能的影响更为显著。在此状态下，支座向偏位正、反两方向剪切时的变形形态迥异，其中向正方向剪切时翘起卷曲严重；支座滞回曲线关于零点不对称，脱空面积比例为40%、50%的2块支座在加载过程中即已破坏；支座等效剪切刚度随初始偏位脱空面积的增大明显降低，与无偏位支座相比最大降幅为32.9%;当支座初始脱空面积比例不超过30%时，不同剪应变对应的等效阻尼比在11%～14%范围内小幅变化，超过30%后因支座损伤加剧，该值显著增加。当偏位方向与剪切方向垂直时，支座损伤程度较小，滞回曲线对称性好，等效剪切刚度随初始脱空面积的增大略有降低，最大降幅仅为9.7%;支座的等效阻尼比始终在10%～16%范围内变化，与无偏位支座相差甚小。最后，拟合出了反映偏...     

基于砾钢渣+橡胶颗粒的新型填料动剪切模量与阻尼比特性试验

为了解决固体废弃物循环利用问题,提出将废旧轮胎橡胶颗粒掺入废弃钢渣中形成新型土工填料。为了了解该新型填料的动力特性,采用共振柱试验对基于钢渣+橡胶颗粒的新型土工填料的动剪切模量和阻尼比特性开展研究。首先分析围压与橡胶颗粒含量对新型填料动剪切模量和阻尼比的影响,试验结果表明：动剪切模量和阻尼比与剪应变的关系类似传统土类,动剪切模量随着剪应变的增大而减小,阻尼比则随着剪应变的增加而增大,变化曲线趋势基本一致;新型填料的动剪切模量随着钢渣含量的减少和橡胶颗粒含量的增加而逐渐减小,橡胶颗粒含量达到20%时,动剪切模量与剪应变的关系曲线低缓显著,新型填料中橡胶颗粒不宜掺入太多。然后,基于Hardin-drnevich双曲线模型建立新型填料的动力特性理论模型,Hardin-drnevich双曲线模型能够较好地模拟新型填料动剪切模量归一化的数据,并对新型填料参考剪应变随橡胶含量的变化趋势进行了预测。最后,将新型填料的最大动剪切模量与纯钢渣、南京砂和福建标准砂的最大动剪切模量进行比较。分析结果表明：新型填料的橡胶颗粒含量不宜超出15%,这种新型填料动剪切模量适中,阻尼比较大,具有较好的抗震减震能力,能够替代砂土成为一种回填材料。     

煤渣改良土的阻尼比影响因素试验研究

为研究循环荷载给煤渣改良土阻尼比带来的影响,利用GDS动态三轴测试系统对不同围压及频率下的煤渣改良土进行了动三轴试验,获得了煤渣掺量、围压及频率对改良土阻尼比的影响规律。根据影响形式的不同,借助修正的Hardin-Drnevich模型建立了阻尼比的增长模型,并确定了模型中各参数的物理意义。试验结果表明:随着荷载作用次数的增加,各组改良土试样的滞回曲线均逐渐由开口型向闭合型过度,滞回曲线所围成的面积也逐渐减小;改良土滞回曲线所围成的面积随煤渣掺量的增加而逐渐增加,曲线的不闭合程度逐渐增大;当煤渣掺量及加载频率一定时,随着围压的增大,滞回曲线所围成的面积逐渐减小;当煤渣掺量与围压一定时,随频率的增加,改良土滞回曲线围成的面积逐渐减小,低频的作用较为明显;随着动应变的增大,改良土的阻尼比也逐渐增大,其增长速率出现先增大后减小的变化规律;煤渣掺量及围压是最大阻尼比的主要影响因素,随着煤渣掺量的增加,改良土的阻尼比逐渐增大,而围压的影响与之相反;频率主要影响阻尼比的增加速率且低频的影响较为突出。借助修正的Hardin-Drnevich模型所建立的阻尼比增长模型能够较好地反映阻尼比在加载过程中的变化趋势,具有较高的精度,可以为类似工程提供参考。     

基于Martin-Darvidenkov模型的冻结粉质黏土动力特性研究

冻土作为一种由固体矿物颗粒、冰晶体、未冻水及气体组成的多相结构体系,其动力学性质相较融土更为复杂。为了研究冻土动力特性的演化规律,探究等效线性黏弹性模型对冻土的适用性,以青藏粉质黏土为对象开展了一系列分级循环加载条件下的低温动三轴试验,深入分析冻土动弹性模量和阻尼比随振次、围压及动应变幅值的变化规律。研究结果表明：冻结粉质黏土骨干曲线的初始斜率随围压的增大而减小,体现了围压的强化作用;分别采用H-D模型和M-D模型对冻土的骨干曲线进行描述,结果显示相比H-D模型,采用M-D模型可以较好地模拟冻结粉质黏土骨干曲线在高动应变幅值下的软化现象;冻结粉质黏土的动弹性模量随动应力幅值的增大非线性减小,且基于M-D模型的动弹性模量预测模型可较好地描述冻结粉质黏土动弹性模量随动应变幅值的非线性变化规律;在每级循环荷载作用下,动弹性模量随振次的增大有小幅波动;滞回曲线面积随动应变幅值的增大呈非线性增大的趋势,阻尼比随动应变幅值的增大呈现出先减小后增大的趋势。此外,在每级动荷载作用下,当加载级数较小时,阻尼比随振次的增大逐渐减小,随着加载级数的增大,阻尼比随振次增大而减小的趋势逐渐减弱;当加载级数较大时,阻尼比随振次的增大呈现出逐渐增大的趋势。     

双向循环荷载作用下的膨胀土动力特性试验研究

以荆门重塑弱膨胀土为研究对象,结合铁路路基实际受力状态,考虑围压、径向动应力幅值、含水量与振动次数等因素对土体动力特性的影响,开展同相双向循环动三轴试验。试验结果表明:双向循环荷载作用下,土体的动应力-应变曲线呈双曲线型,其动应变则随径向动应力的增加而减小;不同初始含水率膨胀土的动弹模量随围压增加而增大,受含水率的影响较大,随振动次数的增加呈衰减趋势并最终趋于一稳定值;且随着径向动应力水平的提高,动弹模量的衰减幅度呈显著增大特征;土体的阻尼比则随径向动应力的增加而增大,随含水量的降低而减小,随围压的增加而减小。     

钢筋混凝土柱低周疲劳损伤后的阻尼性能试验

通过试验研究了低周疲劳损伤对钢筋混凝土柱动力特性的影响;采用自由衰减法测试并分析了钢筋混凝土柱的刚度和阻尼随损伤发展的变化趋势;通过回归分析建立了与动刚度损伤相联系的阻尼比试验统计公式;根据损伤柱等效截面静刚度与动刚度之间的统计关系,进一步建立了阻尼比与静刚度损伤的试验统计公式。分析结果表明:钢筋混凝土柱的阻尼比随其刚度的降低而逐渐增大,动刚度损伤和静刚度损伤均能够反映阻尼比的变化趋势。     

石灰改良粉质路基土永久变形特性研究

利用三轴循环加载设备对石灰改良粉质路基土进行重复加载,研究其永久变形特性.分析了循环累积应变与循环次数、围压、频率的关系.分析结果表明:路基土累积应变随应力水平和循环周数的增加而增加；累积应变的增长速率随应力水平的增大而增大,随应力水平的减小而减小；当应力水平高于临界值时,土体强度随循环周次的增加而软化、破坏.     

高阻尼橡胶耗能性能研究

采用液压伺服作动器、自动数据采集仪和自制剪力架对高阻尼橡胶试件进行了纯剪切试验,分析了高阻尼橡胶特征参数与激励频率、剪应变幅值、粘弹性层厚度、剪切面形状的关系,认为对高阻尼橡胶阻尼器的等价刚度和等价阻尼比计算式中应考虑激励频率和剪应变的影响。运用地震动力分析程序计算了其应用在桥梁上的减震效果,结果表明:高阻尼橡胶的应用可以使桥梁的减震效果提高30%以上。     

双层连续梁桥等效线性化方法隔震分析

为了在现行桥梁设计软件上进行连续梁桥的隔震分析,模拟铅芯橡胶隔震支座在地震、温度荷载作用下的非线性,研究了采用等效线性化方法进行桥梁隔震分析的步骤与精度。假设支座初始刚度,加载计算支座的相对位移,并得到支座水平刚度,经过反复迭代得到铅芯橡胶隔震支座的等效刚度。在此基础上将体系简化成线性系统按弹性方法进行计算,以安装了铅芯橡胶隔震支座的双层连续梁桥为例,分别计算等效模型和非线性模型在水平地震、均匀升温、横向风荷载和制动力作用下的响应,并讨论了等效线性化方法计算时的相关问题。与非线性分析结果比较,等效线性化法可以模拟水平地震和温度荷载作用下支座的非线性,结果满足桥梁工程的精度要求。隔震支座在横向风荷载和制动力荷载作用下一般不会屈服,使用第一刚度计算即可。     

三维应力状态下沥青混合料动态模量归一化

沥青混合料的动态模量是路面力学响应分析和结构设计的重要参数之一。为客观表征不同应力状态、试验温度及加载频率等试验条件对沥青混合料动态模量的影响规律，建立复杂服役条件下沥青混合料的动态模量预估模型，揭示沥青混合料动态模量的服役状态相关性。首先开展了不同温度、不同加载速率下沥青混合料的单轴压缩、间接拉伸及直接拉伸强度试验，揭示了不同温度下沥青混合料强度随加载速率的幂函数变化规律，为模量试验应力比的确定提供了依据。进而据此开展了不同温度与不同加载频率下沥青混合料的单轴压缩、间接拉伸及直接拉伸动态模量试验，提出了以等效应力比表征三维应力状态下模量试验应力比的沥青混合料动态模量分析方法，并基于时-温等效原理，采用Sigmoidal函数，建立了基于三维应力状态下等效应力比的动态模量归一化预估模型，实现了不同试验方法下沥青混合料动态模量的统一表征。研究结果表明：不同试验温度与应力状态下沥青混合料的强度均随加载速率的增大而增大，基于等效应力比表征的三维应力状态下模量试验应力比可实现不同试验条件下沥青混合料动态模量的统一表征，避免了路面结构设计时人为选取材料模量设计参数导致的设计结果不确定性。研究可为提...     

干湿和冻融共同作用下压实黏性土回弹模量试验研究

以山东济南和黑龙江大庆的两种低塑性黏性土为研究对象,在不同围压、动偏应力、含水率和冻融循环次数条件下,开展两种压实黏性土动三轴试验确定其回弹模量M_R,研究季节性冻土区域干湿、冻融共同作用对天然路基土M_R的影响规律。试验结果表明：试样冻融循环次数越多、含水率高,围压对M_R的贡献越大。动偏应力有两种刚度效应,即动偏应力下因土体逐渐压实产生的刚度增强效应和动偏应力反复剪切造成的土体结构破坏而产生的刚度衰减效应。高塑性土体M_R对含水率变化较为敏感,但敏感性随冻融循环作用显著降低。两种土的M_R在前3次冻融循环中衰减明显,随着冻融循环次数的继续增加,M_R基本保持不变。     

黄土的动强度特性试验分析

在试验的基础上,对山西省万荣地区Q2原状黄土的动强度特性进行分析。结果表明：不同固结应力条件下,Q2原状黄土的动应力应变关系呈双曲线形式,固结应力条件对动应力应变关系有明显的影响;Q2原状黄土的Ed和Gd随动剪应变的增大而减小;不同固结应力条件下,动剪切模量比与动剪应变比的关系具有良好的归一化特性;阻尼比随动剪应变增大其分布没有明显的规律性,但总体上随动剪应变的增大而呈逐渐上升的趋势。     

基于轮式滚动加载的正交异性钢桥面板疲劳试验设计

能模拟车辆荷载通过效应的疲劳模型试验是研究正交异性钢桥面板疲劳性能的有效手段。利用国内首台自主研发的桥面结构专用轮式滚动疲劳加载装置,以广东虎门二桥坭洲水道桥为依托工程,研究了基于轮式滚动加载的正交异性钢桥面板疲劳试验设计问题。首先,根据实桥交通需求分析,合理确定实桥疲劳荷载谱;其次,计算疲劳敏感部位热点在疲劳荷载谱各车型作用下的应力历程,采用雨流计数法计算应力谱,根据Miner疲劳损伤累积理论转化为每种车型通过1次的等效应力幅,结合交通量预测计算实桥各构造细节在设计寿命期内的疲劳累积损伤;最后,根据设备性能参数,分别计算橡胶轮双轴加载和钢轮单轴加载下试验模型各细节的等效应力幅,通过与实桥钢桥面板各细节的疲劳累计损伤等效,从而确定试验加载轴类型、加载水平以及对应各细节的等效作用次数。研究成果对改进正交异性钢桥面板疲劳试验设计有重要参考意义。     

特立尼达湖沥青(TLA)改性沥青混合料的动态模量试验研究

在不同温度、加载频率和侧向应力条件下,选取工程常用的AC-13和AC-20混合料,采用SPT试验仪对TLA改性沥青混合料的动态模量进行测试。基于西格摩德模型和时温等效原理,生成沥青混合料动态模量主曲线,分析温度、加载频率和侧向应力对沥青混合料动态模量发展态势的影响。研究结果表明:随着加载频率的增大(温度的降低),TLA改性沥青混合料动态模量单调递增,具体表现为逼近-递增-逼近趋势。相对于侧向应力为0kPa时,140kPa围压条件下TLA改性沥青混合料的动态模量增大,且动态模量的感时性(感温性)降低,因此试验参数选取阶段应考虑围压对动态模量的影响;但随着加载频率的增大,围压对TLA改性沥青混合料动态模量的影响显著性降低。高频(低温)区AC-13和AC-20两种TLA改性沥青混合料动态模量基本重合,表明随着加载频率的增大,沥青混合料类型(最大公称粒径)对动态模量影响的显著性降低。