速度鎖定型減隔震支座設(shè)計與性能分析

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長聯(lián)大跨連續(xù)梁橋是鐵路橋梁中常見的結(jié)構(gòu)形式,其設(shè)計難點在于固定墩的設(shè)計。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時,上部梁體在縱橋向產(chǎn)生的地震力作用于一個固定墩上,為使固定墩能夠滿足相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求,需將固定墩的尺寸加大,導(dǎo)致工程設(shè)計難度增加。因此,需要降低固定墩所受縱橋向地震力。一種常見的做法是在活動墩的縱橋向設(shè)置速度鎖定器[1]。地震發(fā)生時,速度鎖定器固定活動墩梁墩的相對位移,使得各活動墩的受力形式與固定墩相同,并與固定墩一起分擔(dān)縱橋向地震力[2]。采用該方案的橋梁有津秦客運專線(60+100+100+60)m大跨度連續(xù)梁橋[3]、成灌線大跨度連續(xù)梁橋等[4]。該方法的缺點是:由于速度鎖定器將各活動墩變成了固定墩,使得整個橋梁體系變?yōu)閯倶?gòu)體系,加大了整個橋梁體系所受的地震力。對于高震區(qū)橋梁,該方法同樣會使橋墩的設(shè)計產(chǎn)生困難。

目前速度鎖定器的設(shè)置方法有2種:①速度鎖定器設(shè)置于梁體與橋墩之間;②速度鎖定器與球型鋼支座組合成一體[5],或是速度鎖定器與E型鋼阻尼支座組合成一體[6]。除了上述設(shè)置方法外,采用雙曲面球型減隔震支座[7-9]與速度鎖定器組合形成的新型支座能夠更好地解決大震工況下長聯(lián)大跨橋梁的抗震問題。作用原理是:在小震時支座能夠使活動墩變?yōu)楣潭ǘ眨⑴c固定墩一起分擔(dān)地震力;大震時各墩支座均能起到減隔震作用,震后支座可復(fù)位。

本文以成都—昆明鐵路成都至峨眉段擴能改造工程中新青衣江特大橋為例,采用速度鎖定型雙曲面球型減隔震支座抗震措施,進行不同地震工況下的抗震計算分析,對比橋梁減隔震效果。通過抗震計算獲取支座各項減隔震參數(shù),完成支座樣品制造,進而開展減隔震性能試驗研究,驗證支座設(shè)計性能。

1?橋梁概況
成都—昆明鐵路成都至峨眉段擴能改造工程新青衣江特大橋為六跨連續(xù)梁橋(40+4×64+40)m,橋址設(shè)計基本水平地震加速度峰值為0.1g,抗震設(shè)防烈度7度,場地特征周期0.45 s。該橋中間墩(39#)為固定墩,其他墩(36#,37#,38#,40#,41#,42#)均為活動墩。

2?橋梁減隔震設(shè)計
為避免固定墩及固定支座承受較大的作用力,該橋采用減隔震裝置功能,具體設(shè)計內(nèi)容如下。

1)橫橋向:支座橫向始終硬抗,即支座限位裝置在地震力發(fā)生時不發(fā)生破壞。

2)縱橋向:小震時速度鎖定器鎖定支座平面滑移功能,各主墩縱向活動支座的功能變?yōu)楣潭ㄖё瑯蛄后w系近似于剛構(gòu)橋,則地震力分配至各主墩共同承受,以減小固定墩地震力。大震時速度鎖定器將支座平面摩擦副“鎖死”,通過速度鎖定器傳遞的水平力將支座縱向限位裝置約束解除,各主墩支座均成為縱向活動型的雙曲面球型減隔震支座,延長了橋梁縱橋向的振動周期,并通過摩擦耗能消耗輸入的地震能量,發(fā)揮減隔震作用。地震后,支座的自復(fù)位功能使橋梁回復(fù)到原位置附近。

3?支座基本設(shè)計參數(shù)
橋梁邊墩采用常規(guī)球型支座,其余主墩采用速度鎖定型雙曲面球型減隔震支座。設(shè)計方案針對主墩支座進行設(shè)計分析。支座基本設(shè)計參數(shù)包括:設(shè)計豎向承載力 15 000 kN,橫橋向承載力 2 250 kN;支座結(jié)構(gòu)形式為固定(GD)和縱向活動(ZX);支座正常位移(非地震情況下)為±100 mm和±150 mm兩種;設(shè)計轉(zhuǎn)角為0.02 rad。

2.5 量表的信度檢測結(jié)果 本量表的同質(zhì)信度為0.962,標(biāo)準(zhǔn)化的Cronbach′s α系數(shù)為0.965,分半信度為0.9,其中因子1的標(biāo)準(zhǔn)化Cronbach′s α系數(shù)為0.964,因子2的標(biāo)準(zhǔn)化Cronbach′s α系數(shù)為0.923,分別見表8、表9,量表總重測信度為0.977,因子1為0.972,因子2為0.961,見表9。

4?支座特殊設(shè)計參數(shù)
通過抗震分析確定支座其余設(shè)計參數(shù),包括縱向極限承載力、震后位移、等效曲面半徑、滑動摩擦因數(shù)及速度鎖定力。

4.1?抗震分析方案
1)支座采用常規(guī)支座布置方案,即固定墩設(shè)置固定支座,其余墩設(shè)置縱向活動支座,計算罕遇地震工況下支座及橋墩的縱橋向地震響應(yīng)。

2)地震工況采用0.7倍設(shè)計地震水準(zhǔn)。活動墩支座增設(shè)黏彈性消能器模擬速度鎖定器,使其與平面摩擦副并聯(lián)。根據(jù)計算結(jié)果確定限位裝置及速度設(shè)計器相應(yīng)的設(shè)計參數(shù)。

本課題研究涉及到兩種流體的均勻混合,故采用多相流模型中的Mixture模型;假設(shè)流體內(nèi)介質(zhì)為等溫狀態(tài),不可壓縮,無需激活能量方程;本研究中溝槽輥部分相當(dāng)于湍流發(fā)生裝置,且?guī)觾?nèi)部漿流高速旋轉(zhuǎn),故湍流模型選擇RNG k-ε(重整化群)模型更有利于減小誤差,k-ε模型本身具有穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和較高的計算精度,是應(yīng)用范圍最廣、最為人所熟知的一個模型。標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型通過求解湍流動能(k)方程和湍流耗散率(ε)方程,得到k和ε的解,然后再利用k和ε的值計算湍流黏度,最終通過Boussinesp假設(shè)得到雷諾應(yīng)力的解[8]。

酒店認知實踐是酒店管理專業(yè)大一學(xué)生的入學(xué)教育。課程通過學(xué)生參觀酒店、訪談酒店管理層、酒店經(jīng)理人講座等具體形式來開展實踐課程。學(xué)校安排學(xué)生參觀優(yōu)質(zhì)校企合作單位,使學(xué)生設(shè)身處地地接觸實踐教學(xué)基地的真實對客服務(wù)場景,讓學(xué)生主動調(diào)研高端酒店的基本情況,增加同學(xué)對酒店行業(yè)的認同感。

本研究還存在一些不足,具體表現(xiàn)為土壤水分的驗證數(shù)量較少;研究中還應(yīng)考慮對于模型的修正以適應(yīng)不同季節(jié)特征。

3)設(shè)置合適的滑動摩擦因數(shù)和等效曲面半徑,計算罕遇地震工況下縱橋向地震響應(yīng),確定相關(guān)設(shè)計參數(shù)。

4.2?有限元模型
采用MIDAS建立有限元模型,采用黏滯阻尼器一般連接單元模擬速度鎖定器[10]。支座平面布置如圖2所示。

用信息熵評估所獲系統(tǒng)信息的有序度及其效用。[1]用評估指標(biāo)值構(gòu)成的判斷矩陣來確定指標(biāo)權(quán)重,能夠盡可能消除各指標(biāo)權(quán)重計算的主觀因素影響,使評估結(jié)果更能夠與實際情況一致。采用熵權(quán)法確定評估指標(biāo)權(quán)重的步驟如下:4.3?計算分析結(jié)果
4.3.1 普通支座抗震分析

支座采用普通支座,罕遇地震作用下縱橋向地震內(nèi)力響應(yīng)見表1,結(jié)果顯示固定墩內(nèi)力響應(yīng)最大。

此工況計算的目的是確定支座限位裝置水平極限承載力和速度鎖定器鎖定力。

支座限位裝置水平極限承載力的取值與橋梁的抗震設(shè)防水準(zhǔn)相關(guān)。根據(jù)橋墩和基礎(chǔ)的抗力,擬采用0.7倍設(shè)計地震水準(zhǔn)時支座的水平反力作為雙曲面球型減隔震支座的水平極限承載力,即當(dāng)橋梁承受大于0.7倍設(shè)計地震水準(zhǔn)的地震時,支座的限位裝置解除約束,發(fā)揮減隔震支座作用。速度鎖定器受力計算結(jié)果見表2,結(jié)果顯示活動墩與固定墩共同分擔(dān)地震水平力。

為了檢驗開展動物實驗后人體解剖學(xué)實驗教學(xué)效果,我們分別選取了我校2009、2010、2011、2012級臨床和護理兩個專業(yè)的新生進行實驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn)開展動物實驗不但激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)解剖學(xué)的興趣,加深其對所學(xué)知識的理解,而且學(xué)生的動手能力、解決臨床實際問題能力等都明顯高于沒有開展動物實驗班的學(xué)生。

支座水平極限承載力和速度鎖定力見表3。為了保證經(jīng)速度鎖定器傳遞給限位裝置的地震力能夠解除限位裝置約束,將速度鎖定器的最大鎖定力與限位裝置縱橋向水平極限承載力的比值設(shè)置為1.40~1.50。

4.3.3 地震工況為大震

按減隔震支座滑動摩擦因數(shù)為0.03,等效曲面半徑為4.2 m進行縱橋向罕遇地震分析。罕遇地震下縱橋向地震內(nèi)力響應(yīng)見表4。罕遇地震下支座震后位移見表5。

采用減隔震率來表示減隔震裝置(速度鎖定器+雙曲面球型減隔震支座)的減隔震效果,減隔震率=(普通支座內(nèi)力-減隔震裝置內(nèi)力)×100%/普通支座內(nèi)力;減隔震效果見表6。可知,采用速度鎖定型減隔

移震支座后,固定墩減隔震效果顯著,減隔震率可達85%以上,明顯減小了縱橋向固定墩地震內(nèi)力響應(yīng),表明采用速度鎖定器+雙曲面球型減隔震支座方案替換原普通支座方案效果良好。

4.3.4 支座設(shè)計參數(shù)

綜合正常參數(shù)和減隔震參數(shù),速度鎖定型雙曲面球型減隔震支座設(shè)計參數(shù)見表7。

注:每臺速度鎖定型雙曲面球型減隔震支座配2臺速度鎖定器;橫橋向水平承載力為硬抗式承載力。5?支座結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計
5.1?支座結(jié)構(gòu)設(shè)計
速度鎖定型減隔震支座結(jié)構(gòu)如圖3所示。減隔震支座關(guān)鍵零件包括球面四氟滑板、球面不銹鋼滑板、限位裝置、平面不銹鋼滑板、平面四氟滑板。速度鎖定器關(guān)鍵零件包括硅膠泥、密封件、活塞桿、缸體、端蓋。

七是到2015年,對用于提取農(nóng)業(yè)灌溉用水的主要地下含水層制定國家戰(zhàn)略行動規(guī)劃,包括當(dāng)?shù)氐叵滤畲笙陆瞪疃取⒆畲笪廴境潭取?/p>

公元一三七〇年,納哈出被北元割據(jù)政權(quán)封為太尉,擁兵二十余萬,分成三營,一營駐扎飲馬河,二營駐扎榆林,三營駐扎養(yǎng)鵝莊,自己坐鎮(zhèn)金山,時常侵?jǐn)_遼南,意欲卷土重來。為掃清一統(tǒng)東北的最后障礙,一三八七年農(nóng)歷正月,朱元璋命大將軍馮勝統(tǒng)軍二十萬北征,兵鋒直抵納哈出老巢。納哈出兵敗請降,東北遂平。馮勝攜納哈出由北至南來到飲馬河,正式收服殘卒兩萬多人,戰(zhàn)馬數(shù)千匹,戰(zhàn)車四萬多輛。名將常遇春后人也隨大軍出征,其中一支便留在飲馬河流域,逐漸被同化為漢族。如今,九臺境內(nèi)的常姓漢族人,多是常遇春后裔。

5.2?支座功能設(shè)計
5.2.1 正常運營狀態(tài)

支座在正常運營下,豎向荷載、溫度位移及轉(zhuǎn)角實現(xiàn)途徑如下:

1)豎向荷載。支座所承受的豎向載荷經(jīng)上座板、上球面摩擦副、中座板、下球面摩擦副、下座板、平面摩擦副和底座板,最終傳遞至墩臺墊石。

2)溫度位移。支座底座板上表面的不銹鋼滑板與支座下座板的四氟滑板組成平面摩擦副,支座縱橋向溫度位移由平面摩擦副實現(xiàn)。正常溫度升高和溫度下降時滑移速度很小。速度鎖定器不鎖定,隨著平面摩擦副一起運動。速度鎖定器產(chǎn)生的阻力通常小于其設(shè)計值的10%,故速度鎖定器不會影響支座正常溫度位移。

3)支座轉(zhuǎn)角。支座的轉(zhuǎn)角由雙球面不銹鋼滑板與雙球面四氟滑板組成的球面摩擦副的相對滑移來實現(xiàn)。

5.2.2 小震地震狀態(tài)(小于0.7倍設(shè)計地震水準(zhǔn))

角差是井底儀器內(nèi)方位傳感器方位測量零點與動力鉆具彎接頭方位的差值。在MWD儀器下井之前,需要進行角差測量并需將角差值輸入MWD配套軟件中,儀器入井后開始正常工作時,地面工作軟件所顯示的工具面值就是井底儀器所測到的方位值經(jīng)角差值修正后的值。

縱向地震發(fā)生時,支座平面摩擦副的相對運動速度超過速度鎖定器的鎖定速度,因此速度鎖定器將支座平面摩擦副“鎖死”,縱向活動支座與固定支座一起承擔(dān)縱橋向地震力。

二是得益于財政大力支持。中央財政共下達山洪災(zāi)害防治縣級非工程措施項目補助資金79.38億元,全國有山洪災(zāi)害防治任務(wù)的2 058個縣中央補助資金已全部到位,為項目建設(shè)提供了資金保障。各地切實加大地方建設(shè)資金投入,保障了項目建設(shè)順利開展。

5.2.3 大震地震狀態(tài)(大于0.7倍設(shè)計地震水準(zhǔn))

縱向地震發(fā)生時,支座平面摩擦副由于速度鎖定器的作用而固結(jié),縱向限位裝置所受水平力超出其極限承載力,縱向限位裝置解除約束。通過雙球面不銹鋼滑板與雙球面四氟滑板組成的球面摩擦副的相對滑移來實現(xiàn)地震位移。支座以設(shè)計的摩擦因數(shù)和等效曲面半徑進行滑移,從而延長橋梁振動周期,降低動力加速度,降低橋梁受到的地震力。支座滑移過程中動能轉(zhuǎn)化為勢能,通過支座摩擦副摩擦耗能逐漸消耗地震能量,支座往復(fù)滑移位移隨之減小。支座上部梁體自重形成回復(fù)力,使支座最終停留在初始位置附近。

6?支座檢測
6.1?檢測方案
6.1.1 豎向壓縮變形

支座的豎向承載能力測試按GB/T 17955—2009《橋梁球型支座》[11]規(guī)定執(zhí)行。支座在設(shè)計載荷作用下,其豎向壓縮變形應(yīng)小于支座總高的1%。

6.1.2 水平滯回性能

壩體防滲心墻頂高程按不低于水庫正常運行最高水位2981.7m(30年一遇設(shè)計洪水位)設(shè)計;壩頂高程2982.7m,壩頂路面及墊層厚度0.4m;本次設(shè)計瀝青混凝土心墻頂高程2982.3m(高于正常運行最高水位0.6m),直接位于壩頂路面墊層之下,并與防浪墻連接成整體。

支座的水平滯回性能試驗按JT/T 927—2014《橋梁雙曲面球型減隔震支座》[12]規(guī)定執(zhí)行。滑移剛度=豎向承載力/等效半徑,試驗值與設(shè)計值的偏差應(yīng)小于10%,摩擦因數(shù)為0.03~0.04。

6.2?檢測結(jié)果
速度鎖定型減隔震支座試驗見圖4。支座型式試驗結(jié)果見表8。可知,支座檢測結(jié)果合格。

7?結(jié)論

成都—昆明鐵路成都至峨眉段擴能改造工程新青衣江特大橋采用了速度鎖定型減隔震支座抗震措施,對不同地震工況下的抗震進行計算分析和支座樣品性能試驗,主要結(jié)論如下:

1)小震時活動墩支座與固定墩支座共同承擔(dān)地震力,有效解決了固定墩受力大和設(shè)計困難問題。

2)大震時全部主墩上的支座共同實現(xiàn)橋梁減隔震作用,罕遇地震下橋梁縱向震后位移較小,固定墩減隔震率可達85%以上,橋梁減隔震效果顯著。

3)支座型式試驗顯示,支座滑動摩擦系數(shù)和屈后滑移剛度滿足設(shè)計要求,驗證支座良好性能。

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