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工程结构136(2017)355-368
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具有光滑杆的现有RC桥的实验响应及初步数值模拟
- 迪萨诺a,uArr;，C。Del Vecchiob，G。Maddalonia，A。Prota b
- aSannio大学工程系，罗马广场，21,82100 Benevento，意大利
b那不勒斯大学Federico II工程与建筑系，通过Claudio，21,80125，意大利那不勒斯
文章信息
文章历史：
2016年4月8日收到
2016年10月27日修订
2017年1月23日接受
2017年1月30日在线提供
关键词：既有桥墩
钢筋混凝土振动台抗震性能摇摆
累积伤害
摘要
本文讨论了模拟典型现有公路桥梁的结构原型的实验抗震性能评估，该公路桥梁设计的地震细节较差。结构系统是钢筋混凝土（RC）1：3比例单跨桥，通过考虑1980年伊尔皮尼亚（意大利）地震的强烈运动，动态测试振动台。低强度混凝土和光滑棒用于测试原型的RC圆形桥墩。对单墩和桥梁子组合进行了全面的模态响应分析，以估计在强烈运动的增加水平下的周期伸长和等效粘滞阻尼系数的变化。通过实验研究了地震序列引起的累积损伤的影响。样品桥墩具有低纵横比;然而，码头表现出弯曲的反应。在桥墩底部观察到具有显着纵向钢筋滑移的固定端旋转，横向漂移率约为0.40％。结果，桥墩的摇摆机构开始了;这种机制在大的振动强度下显着影响了墩响应。已经提供了对局部和全球响应量的深入分析，以便准确地识别结构行为。最后，考虑可用的分析公式和精确的数值模型来模拟测试桥的地震响应。通过推覆分析和非线性时间历程研究了墩侧向响应。还讨论了所提出的模型的准确性，具有光滑内部增强的桥墩数值模拟的差异和建议。
copy;2017 Elsevier Ltd.保留所有权利。
1.介绍
现有的公路桥梁，特别是钢筋混凝土(Rc)结构体系的桥梁，都是在60年代和70年代建造的，是为中等地震荷载而设计的。使用加固细节(例如[1-3]等)。由于普遍保守的桥梁设计，这类体系具有中等的地震脆弱性，特别是在倒塌时，如过去中等到高级别地震的后果。反之，广泛发生的结构破坏，可能对正常的交通流构成相关的威胁[3]。筛选意大利的桥架表明，现有桥梁的特点通常是单墩(5-10米高)，只需支撑桥面[例如3]。箱型是最常见的横断面。离子，但固体圆形墩也是丰富的。
uArr;通讯作者。
电子邮件地址：ldisarno@unisannio.it （L. Di Sarno）。
http://dx.doi.org/10.1016/j.engstruct.2017.01.052
0141-0296 /copy;2017 Elsevier Ltd.保留所有权利。
大量的震后勘察调查表明，脆性破坏要么是由于低剪切能力造成的，要么是由于搭接夹板位置不当造成的。在桥墩构件中，具有相应杆屈曲和配箍开口和/或断裂的桥墩受弯破坏是现有圆形墩式钢筋混凝土桥梁常见的损伤模式。找不到地震的细节。在中低剪跨比的圆形墩中，最常见的破坏是由于锚固或搭接不足引起的，这也是在试验中发现的。大规模试验(例如[4])。对于使用光滑钢筋和低强度混凝土的钢筋混凝土桥梁来说，这种破坏模式更容易加剧。到目前为止，可用的实验数据对上述损伤机理的研究主要来源于对单墩或副墩进行的静力或拟动力试验[5-8]。组件测试提供了微观一级的基本数据[9]。然而，这种研究并没有考虑到循环次数和振幅，以及地震荷载的应变率效应。因此，迫切需要进一步评估现有钢筋混凝土的抗震性能。
公路桥梁设计没有地震细节。重点应放在对全球动态行为的可靠评估以及支持条件对系统响应的影响上，而这反过来又要求对整个桥梁进行测试。
在过去的十年中，已经发现振动台对RC新桥梁子系统进行的研究 非常有效（[10–13]，以及许多其他）。可用的振动台试验侧重于现 代桥梁系统或子系统的地震响应评估，即那些采用足够的地震详细设 计，容量设计的桥梁或具有小尺寸试样的桥梁部件。他们没有使用光 滑的钢筋和低强度混凝土作为RC桥墩。已经广泛研究了后者设计变量 对RC柱静态响应的影响[例如5-8，等等]尽管如此，仍然缺乏动态测 试，例如在典型的桥墩或Mediterrean地震多发地区建造的系统中的 振动台测试。为实现这一目标，最近在意大利费德里科二世那不勒斯 大学工程与建筑结构系的实验室开展了一项综合研究项目。此类计划 涉及竣工和改造RC桥梁子系统的结构响应分析。该项目包括一系列300多个振动台试验，在1：3比例单跨桥上，代表典型的现有公路桥梁，建于60年代和70年代的欧洲南部，即光滑的钢筋，低阻混凝土，地震条件差细节和不同的支持条件。
本文的重点是：
- 在1980年伊尔皮尼亚（意大利）地震的强烈运动下，对简单支撑 的现有桥梁原型进行了振动台试验的结果。在竣工配置的单个码头和桥梁原型上进行了14次地震时间历史（TH）和26次白噪声激励;
- 光滑钢筋和低强度混凝土对地震和全球层面地震墩行为的影响;
- 地震序列引起的损伤累积对桥梁钢筋混凝土圆形桥墩的影响;
- 概述了可用的分析和数值模型的优点和局限性，这些模型考虑了混凝土与钢筋之间的不足。这使得读者可以基于完美结合和更精确数值模拟的需求，量化经典分析方法的差异。
2.案例分析
用作测试子组合的参考结构的桥布局包括现有的RC多跨简支桥系 统，具有两条公路交通车道（总宽度为7米）和22.65米长的梁。甲板 由三个RC预应力预制1.25米高工字梁和0.25米厚实心甲板组成。简单 地支持甲板以代表意大利高速公路网络中现有RC桥系统的典型配置（例如，许多其他系统）。墩的几何形状和加固细节符合60年代意大 利使用的指南和设计标准[1–3].假设参考多跨简支RC公路桥位于意大利南部] 阿韦利诺市附近的亚平宁链中，已确定历史断层（中高地震危险区域）。这种断层产生了1980年11月23日的毁灭性地震（Ms =6.9）地震，也称为伊尔皮尼亚地
震，其特征是在40秒内发生的三次 不同的子事件（即地震序列），沿着不同的断层，部分讨论4.伊尔皮尼亚地震群的选择允许评估累积结构损伤对测试桥梁系统的影响。
2.1.原型系统
样本桥模型的动态测试是通过意大利那不勒斯费德里科二世大学 工程与建筑结构实验室的地震模拟器进行的。地震模拟器由两个3米3 米的方形振动台组成。每个表沿两个水平方向具有两个自由度。每个 振动台的最大有效载荷为200 kN，频率范围为0到50 Hz，最大加速度等于1 g，x最大速度等于1 m / s，总位移等于500 mm（plusmn;250 mm）。对于该研究，使用构件长度的1：3的比例因子来减少系统的总质量。峰值地面加速度（PGA）未按比例缩放。这种方法也适用于在结构材料 中不易修改的弹性模量。对于动态系统，一旦固定了3个独立参数的缩 放因子，就可以从维度分析中计算出系统的其他属性[15].同时使用柯西 和弗洛伊德相似定律导致了一组通常用于摇动的比例因子表测试[15,16].根据相似定律， 输入地面运动的时间缩放0.57（）。此外，一个使用原型质量显着减少到28吨，每张桌子上14吨，即大约1/9的参考 全尺寸桥。通过假设弗洛伊德数等于桥和比例原型之间的质量密度而 得到的该比例因子比考虑比例几何（1/27）的比例因子高3倍。这导 致在桥面板上分配额外质量以模拟桥墩上的实际动态力。
对构件长度使用小比例因子导致结构构件尺寸和材料特性与配方 中采用的那些相匹配，并且用于全球构件容量的分析模型的校准。为 了再现逼真的粘合力，考虑到产品的可用性和机械特性，内部增强材 料和混凝土骨料都进行了扩展。不考虑使用微混凝土来防止材料性质 的显着改变。在原型结构中使用直径为10 mm，最大骨料尺寸为13 mm 的纵向钢筋，这在现有的粘结表征测试中很常见[6,17].缩放原型是一个7.55米（22.65米满量程）跨度桥，由两个桥墩和一个简单支撑的桥面组成，如图所示图。1.平台支架由钢制圆柱形铰链（固定状态）和聚四氟乙烯（PTFE）特氟龙钢制滑块（滚子）组成。PTFE材料在不锈钢板上的摩擦系数取决于许多变量，包括压力，滑动速度和温度。对于案例研究，假设1.0％的摩擦力来自制造商的特殊表征测试。桥面板总质量约为15.40吨，主要用于模拟振动台试验过程中的惯性力。总墩高约1.80米（满刻度5.4米），截面直径为m（1.8米满量程）。有关原型尺寸的更多详细信息，请参阅图。1. 具有圆形横截面的桥墩根据典型的60-70年代意大利实践进行设计[1].平滑杆，Aq 50级，用于纵向和横向钢筋。对于RC墩，分别使用25个纵向10毫米直径的锚杆和端部挂钩以及直径为6毫米，间距为100毫米的连续螺旋直径的横杆和横向加强件。通过拉伸测定钢筋的机械性能测试
A
7550
600 600
桥面
P =15.4吨
引脚支持
500 300
400
120
（2个圆柱形铰链）
滚筒
低摩擦滑块）
（允许轮换）
左墩
1300
右墩
发抖表 摇床
600
A
150
销 支持
预应力杆N = 230kN
AA部分
2500
2000
甲板
600
B 100
墩帽箍筋（ 6/ 100）
600 1300 500 300
2700
2D冲切剪。（ 6/
100）
2000mm 25 10 Ltot20mm
第BB节
600
长。Cap reinf。
(88)
中间体。Cap
reinf。
（4 8）
25 10 ltotpy%？
长。 Cap reinf 。
（8 8）
杆D = 32mm孔d = 50mm
马镫Oslash;6/ 100
横截面
清除盖子15马镫
oslash;6space。100毫米
10oslash;20
总重量（墩
顶盖）P =
2.9t
长。酒吧 重叠630毫米
2oslash;20 2oslash;20
11oslash;20
长。酒吧25oslash;10
600
B
图1.测试设置和样品详细信息（尺寸单位为mm）。
四个样本。机械性能的总结在下面给出表格1其中屈服应力，fy，屈服变形，ey，弹性模量，E，硬化应变，eh，最大应力，fu 和最大应力下的应变eu 被列为。
对于桥墩和墩帽（在现有的意大利桥梁中常见），在圆柱形样品 上实验估计28天的平均混凝土抗压强度为f厘米 = 22.5MPa。[14]）和MPa的基础块。
表格1
增强钢的机械性能。
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条 |
d |
名字 |
fy |
ey |
E |
eh |
fu |
eu |
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[–] |
[mm]的 |
[–] |
[兆帕] |
[%] |
[兆帕] |
[%] |
[兆帕] |
[%] |
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纵向加固 |
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370. 全文共24968字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料 资料编号：[2468] |
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