高阻尼隔震橡胶支座性能试验研究

为了研究高阻尼隔震橡胶支座的水平力学性能相关性,通过反复加载试验的方法,进行了剪应变相关性、压应力相关性、温度相关性、反复加载次数相关性试验,并对各因素对水平等效刚度、等效阻尼比的影响进行分析。结果表明,水平等效刚度、等效阻尼比随剪应变、温度、反复加载次数的增加呈下降趋势,且50次循环加载导致的橡胶温度升高影响不能忽略不计;等效阻尼比随压应力的增加呈上升趋势;压应力对水平等效刚度影响不大。     

黏土一维剪切流变的等效时间线模型（双语出版）

为揭示变剪应力作用下黏土的流变特性,建立了一维剪切弹黏塑性模型。参照Yin等提出的等效时间流变模型的建模思路,将剪切应变速率分为弹性剪切应变速率和黏塑性剪切应变速率。弹性剪切应变速率与加载路径无关,用非线性函数模拟。而对于黏塑性剪切应变速率,首先基于Singh等提出的常剪应力作用下的蠕变速率经验公式推导黏塑性剪切应变、等效时间与剪应力之间的函数关系式;然后参照Yin等提出的等效时间法,把该关系式通过等效时间代入蠕变速率经验公式,获得以剪应力和剪应变为变量的黏塑性剪切应变速率式。弹性剪切应变速率式与黏塑性剪切应变速率式之和即为一维剪切流变的等效时间线本构关系式,再通过淤泥质黏土的分级加载试验和黄土的加卸载试验与该本构关系式剪切应变表达式之间的比较,验证该模型在变剪应力加载下的适用性。研究结果表明：所构建模型的预测曲线和分级加载试验曲线、加卸载试验曲线吻合较好,这说明该模型在变剪应力加载下具有较好的适用性;模型良好的预测性也说明其建模过程中用到的等效时间法不仅适用于一维压缩流变,还适用于一维剪切流变,拓展了等效时间法的应用范围。     

黏土一维剪切流变的等效时间线模型

为揭示变剪应力作用下黏土的流变特性,建立了一维剪切弹黏塑性模型。参照Yin等提出的等效时间流变模型的建模思路,将剪切应变速率分为弹性剪切应变速率和黏塑性剪切应变速率。弹性剪切应变速率与加载路径无关,用非线性函数模拟。而对于黏塑性剪切应变速率,首先基于Singh等提出的常剪应力作用下的蠕变速率经验公式推导黏塑性剪切应变、等效时间与剪应力之间的函数关系式;然后参照Yin等提出的等效时间法,把该关系式通过等效时间代入蠕变速率经验公式,获得以剪应力和剪应变为变量的黏塑性剪切应变速率式。弹性剪切应变速率式与黏塑性剪切应变速率式之和即为一维剪切流变的等效时间线本构关系式,再通过淤泥质黏土的分级加载试验和黄土的加卸载试验与该本构关系式剪切应变表达式之间的比较,验证该模型在变剪应力加载下的适用性。研究结果表明:所构建模型的预测曲线和分级加载试验曲线、加卸载试验曲线吻合较好,这说明该模型在变剪应力加载下具有较好的适用性;模型良好的预测性也说明其建模过程中用到的等效时间法不仅适用于一维压缩流变,还适用于一维剪切流变,拓展了等效时间法的应用范围。     

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。     

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。     

基于DMA方法的沥青砂浆动态弯拉黏弹特性

为了研究沥青砂浆的动态弯拉黏弹特性及其影响因素,提出了一种基于动态力学分析方法(DMA)的沥青砂浆动态弯拉试验方法,并对7种沥青砂浆进行了不同条件下的动态应变和频率扫描试验,分析加载频率、温度、油石比、沥青种类和矿料级配对沥青砂浆线黏弹性应变范围及黏弹性能的影响。基于时温等效原理,采用非线性最小二乘法绘制参考温度为20℃的沥青砂浆动态弯拉模量和相位角主曲线。研究结果表明:基于DMA方法的动态弯拉扫描试验,是一种能够有效、可靠评价沥青砂浆的动态弯拉黏弹特性的测试方法;沥青砂浆的弯拉线黏弹性应变范围与加载频率成正比,与温度成反比;增加油石比,会显著降低沥青砂浆的弯拉线黏弹性应变范围和高温低频条件下的动态模量,增大相位角峰值及温度敏感性,而对低温高频条件下的动态模量与相位角影响较小。相比于普通基质沥青,采用SBS改性沥青和橡胶沥青,均能增加沥青砂浆的弯拉线黏弹性应变范围与动态模量,减小其相位角峰值与温度敏感性,大幅改善沥青砂浆在高温低频条件下的动态弯拉黏弹特性。矿料级配是影响沥青砂浆体积参数与动态黏弹特性的重要因素,较粗的矿料级配会显著降低沥青砂浆的弯拉线黏弹性应变范围和动态模量,增大相位角峰值和温度敏感性。     

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...     

高黏沥青砂的松弛特性研究

以温度、加载速率、初始应变为影响因素,通过单轴拉伸松弛试验对高黏沥青砂的松弛特性进行研究。首先,将高黏弹性沥青砂切割成工字形试件。然后,在单轴拉伸强度试验过程中发现采用预切缝工字形试件能充分表达沥青混合料抗拉伸性能并确定了松弛试验的初始应变值。试验表明:在不同温度下高黏沥青砂呈现明显且相似的松弛特性,其松弛模量与加载速率成正相关;随着初始应变值的增加松弛模量呈先增后减的趋势,这是因为高黏沥青砂也从线弹性变形到弹塑性变形甚至出现损伤,而且随着初始应变值增大损伤程度也同样增长并发育成为裂纹;高黏沥青砂的松弛特性随温度变化响应迅捷,当温度偏低时有可能导致破坏过程提前;利用六单元广义Maxwell模型可以很好地刻画其松弛特性,为今后高黏沥青砂损伤模型的探究提供基础。     

LYP160级钢单调及循环加载性能试验

为探讨国产LYP160级钢单调及循环加载下的力学性能,对12个LYP160级钢试件进行单调加载试验和多种加载制度下的循环加载试验,分析其单调加载力学性能、本构关系及循环加载应力-应变特性;并基于Ramberg-Osgood模型拟合了不同循环加载制度下LYP160级钢的应力增量-应变增量关系曲线。研究结果表明:LYP160级钢具有良好的塑性变形能力和滞回性能,不同循环加载制度下的应力-应变曲线饱满;其循环加载应力-应变曲线与单调加载应力-应变曲线差异明显,循环加载应变幅值、加载历史对其循环应力-应变曲线影响显著;若循环加载应变幅小于LYP160级钢的强化初始应变,则循环硬化现象不明显,若循环加载应变幅大于LYP160级钢的强化初始应变,则循环硬化现象非常明显;基于Ramberg-Osgood模型能较好地模拟各循环加载制度下的应力增量-应变增量曲线,应变幅逐级增大的加载制度下各应力增量-应变增量曲线较为接近,而应变幅逐级减小的加载制度下应力增量-应变增量曲线与其他加载制度下的应力增量-应变增量曲线差异较大。     

沥青混合料的动态响应影响因素分析

选择3种沥青混合料进行不同试验条件下的沥青混合料性能试验(AMPT),分析了加载频率及试验温度对沥青混合料黏弹性动态响应的影响;并采用Sigmoidal模型,得到了沥青混合料的动态模量移位因子及模型参数,形成并分析了沥青混合料动态模量和相位角主曲线。结果表明,随着加载频率的升高,沥青混合料的动态模量逐渐增大,但温度越高,增加幅度越小;动态模量随着加载频率增大,在较低的温度下(5℃和15℃)符合对数增长关系,在较高的温度下(45℃和55℃)符合线性增长关系,但超过45℃后,不同加载频率的动态模量差异较小。不同加载频率的相位角最大值对应的温度不同,加载频率越低,对应的温度也越低。动态模量主曲线和移位因子可以较好地描述加载频率和试验温度对沥青混合料黏弹性动态响应的影响。在低温高频状态下,矿料级配对沥青混合料动态模量的贡献较大;而在高温低频状态下,沥青逐渐软化,结合料对混合料动态模量的影响更为显著。     

沥青混合料动态黏弹性的分数阶微分本构模型

为准确描述沥青混合料的动态黏弹性力学行为,在分数阶微分Zener模型(FDZ模型)的基础上,提出了一种改进的分数阶微分Zener模型(mFDZ模型),给出了频域内动态模量、存储模量、损耗模量和损耗正切等动态黏弹性能表达式,它们满足Kronig-kramers关系。mFDZ模型参数通过两步确定,一是结合不同温度和加载频率下沥青混合料的复模量试验结果,通过Wicket图给出了mFDZ模型中与温度无关的模型参数,二是利用时间-温度等效原理与WLF方程确定了与温度相关的模型参数,同时得到了沥青混合料动态黏弹性能主曲线。将mFDZ模型与FDZ模型和Sigmoid函数经验模型进行比较,结果表明:传统Sigmoid函数经验模型和FDZ模型只能描述具有对称性的动态黏弹特性,而mFDZ模型能够准确描述沥青混合料的动态黏弹性能的非对称特性,且模型与试验结果吻合良好,克服了传统Sigmoid函数经验模型和FDZ模型的不足,为沥青混合料动态黏弹性力学行为的本构描述提供了新的思路与参考。     

系杆拱桥静动力学特性的理论与试验分析

为评价某新建下承式系杆拱桥承载能力及使用性能是否达到设计要求,采用理论计算结合现场加载试验测试分析的方法,对系杆拱桥静动力学特性进行了深入研究。利用静动试验等效加载方式确定了该桥静动试验加载的效率和试验方案。依据试验方案进行现场等效试验荷载加载,测试该桥结构的内力、位移及动态响应,与理论计算结果对比分析,获得关键测点的应变、挠度校验系数及动态响应比较值。结果表明:该桥的静刚度和强度均满足设计要求,且结构处于弹性状态;实测频率较理论计算频率大,表明实际结构刚度大于理论计算刚度,而实测阻尼系数较小,桥梁结构振动衰减正常。     

新型波形钢腹板组合箱梁等效阻尼比计算方法

为确定新型波形钢腹板组合箱梁等效阻尼比的合理取值,基于阻尼等效前后复频率相等原则,利用复频率和组合结构材料阻尼比之间的关系,提出新型波形钢腹板组合箱梁各阶模态等效阻尼比计算方法.采用有限元软件建立3个新型波形钢腹板组合箱梁的动力分析模型,利用该方法计算得到该新型组合结构等效阻尼比并与实测结果进行对比.结果表明:采用该方...     

ECA-10型沥青混合料动态性能研究

为了确定ECA-10型沥青混合料的动态性能,采用简单性能试验仪进行动态模量试验和动态蠕变试验,运用时温等效原理和修正Burgers模型分别构建了ECA-10型沥青混合料的动态模量主曲线和黏弹性力学模型。研究结果表明:相同温度和加载频率下,ECA-10型沥青混合料动态模量普遍较高,抗变形能力较强;依据Sigmoidal函数方程,建立了参考温度为20℃时ECA-10型沥青混合料的动态模量主曲线,线簇光滑连续,具有较高的拟合度。在相同荷载作用次数下,ECA-10型沥青混合料随着温度或偏应力的增大,其动态蠕变逐渐增大。建立了重复荷载作用下ECA-10型沥青混合料黏弹性力学模型,相关性系数在0.98以上,其拟合结果与实测结果吻合较好。     

基于温度与应变参数的沥青混合料动态模量依赖模型研究

为客观表征沥青混合料的非线性黏弹性及其温度、荷载依赖性,采用法国梯形梁试验仪开展了不同应变水平、不同温度、不同加载频率下的沥青混合料二点弯拉动态模量试验。通过引入非线性算子的方法,提出了基于温度与应变参数的沥青混合料动态模量依赖模型构建方法,建立了沥青混合料动态模量主曲面表达式,利用相关系数检验和方差分析方法评价了动态模量依赖模型的可靠性。结果表明:以足尺环道沥青混合料为基础开展的梯形梁二点弯拉试验,0℃时动态模量变异系数均值约为2.5%,45℃时动态模量变异系数均值约为6.2%,10个试验温度下动态模量变异系数均值约为4%,试验方法变异水平低、误差小,具有十分良好的平行性和可靠性;所建立的基于温度与应变参数的动态模量依赖模型表达式,决定系数R~2能够达到0.99以上,F检验的P值为0,模型对试验结果的拟合效果良好,动态模量与温度、应变水平之间具有十分显著的相关性;可采用该模型描述沥青混合料弯拉动态模量,并将沥青混合料动态模量的描述模型由主曲线转变为主曲面。在路面结构分析中使用该模型,能够更加客观地反映实际路面中的非线性响应现象,有效避免了结构分析中由于模量取值不合理,所造成的计算结果失真等问题。     

MLS66重载-高频加载下沥青路面应变行为分析

为考察半刚性基层沥青路面在超重高频动载及环境温度交互作用下的力学响应状况,采用MLS66在高温及常温条件下进行半轴超载50%的足尺加速加载试验。结合加载次数、温度、模量等参数,分析了可控荷载条件下路面结构层底部三向瞬时及累积应变响应的空间分布及时程变化,并对实测值与计算值进行了对比分析。结果表明：面层底部瞬时应变实测值大于计算值,基层中两者较吻合;纵向瞬时应变比为1/5~1/2,且温度越高,应变比越小;高温下瞬时应变幅值为常温下的2~6倍;面层纵向应变温度系数约为横向的2倍,基层(底基层)的三向应变温度系数大致相同;瞬时应变幅值和应变温度系数与路面深度分别呈幂指数、负线性关系;加载次数与累积应变、地震波模量呈双对数线性关系,可用于沥青面层疲劳预估。     

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...     

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。     

路基黏土改良填料的动剪应变门槛研究

土体的动剪应变幅值是分析土体动力特性的关键参数,针对掺砂、砾的路基黏土改良填料,进行了一系列不同围压、动偏应力、压实度、含水率条件下的大型动三轴试验,探讨了改良填料累积塑性应变的增长特点和类型,分析了动剪应变与累积塑性应变增长的内在联系,最终得出了区分累积塑性应变增长类型的动剪应变门槛,由此可以利用土体所表现出的动剪应变值判断其动力稳定性。     

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。