橋梁地震保護系統(tǒng)

內容概要

美國從二十多年前開始，“結構保護系統(tǒng)”從構思到研究、試驗，再到工程試用，給我們傳統(tǒng)的地震工程領域帶來了強大的活力。20世紀80年代末，從“被動”到“主動”再到“半主動”的地震保護系統(tǒng)都有了很大的發(fā)展。經過了兩次產品的原型測試后，被工程師們認可的被動結構保護系統(tǒng)開始得到了廣泛的工程應用。地震后破壞和有地震風險地區(qū)的橋梁、建筑，紛紛按計算的需要安置上了結構保護系統(tǒng)——橡膠支座、摩擦擺、各種阻尼器和防屈曲支撐。
在經歷二十多年的工程應用后，大家認為，需要有個總結歸納，以工程和理論的眼光評價這些經過百花齊放出來的各種結構保護系統(tǒng)的優(yōu)缺點和可用性。美國聯(lián)邦高速公路管理局基金會、加州交通管理局和交通部聯(lián)合投資委托美國國家地震研究中心(MCEER)開展了這項工作，由
Cotantinou教授及多位專家把這二十多年的經驗教訓從理論到工程實用總結成《橋梁地震保護系統(tǒng)》這篇報告。
為了更好地介紹這些新成果，我們把《橋梁地震保護系統(tǒng)》報告翻譯成中文，供大家學習、閱讀。本書由康斯坦丁諾等著。

作者簡介

陳永祁 1966年畢業(yè)于北京工業(yè)大學土木建筑系結構專業(yè)。
1981年獲得中國建筑科學研究院工程抗震研究所碩士學位。 1989年獲得美國紐約州立大學布法羅分校土木建筑系工學博士
學位，畢業(yè)后在美國核電站設計公司(Sargent＆Lundy) 的研究和發(fā)展部門工作，任高級工程師。
2005年回國創(chuàng)辦北京奇太振控科技發(fā)展有限公司，推廣和發(fā)展 世界最先進的液體黏滯阻尼器和摩擦擺隔震等結構保護系
統(tǒng)在國內的理論發(fā)展和應用。
馬良喆，1973年9月生于吉林長春。1996年畢業(yè)于吉林建筑工程學院土木工程系土木工程專業(yè)。2001年進入哈爾濱工業(yè)大學土木工程學院攻讀碩士學位，從事結構耗能減震方面的研究工作；曾先后就職于北京市建筑工程研究院檢測所、中國電子工程設計院，分別從事建筑材料檢測、結構構件樁基檢測以及工業(yè)建筑結構設計等工作。2005年進入北京奇太振控科技發(fā)展有限公司，負責耗能減振技術的應用開發(fā)，陸續(xù)參與多項高層建筑和大跨度橋梁結構的抗震抗風計算分析工作，以及現(xiàn)場工作。

書籍目錄

第1章  引言
第2章  隔震系統(tǒng)和阻尼系統(tǒng)的基本原理
  2.1  傳統(tǒng)的抗震橋梁結構
  2.2  基于性能的地震工程
  2.3  結構抗震保護系統(tǒng)
  2.4  隔震裝置和系統(tǒng)
  2.5  能量耗散裝置和系統(tǒng)
  2.6  隔震和阻尼器系統(tǒng)的應用
第3章  隔震橋梁的分析方法
  3.1  引言
  3.2  對于高阻尼反應譜的修正
  3.3  帶有黏滯阻尼裝置的隔震系統(tǒng)的最大速度和最大力
  3.4  自復位能力
  3.5  反應修正系數(shù)
  3.6  單自由度的分析方法
  3.7  多自由度的分析方法
  3.8  時程反應分析方法
第4章  滑動界面內的摩擦
  4.1  引言
  4.2  摩擦力
  4.3  摩擦機理
  4.4  靜摩擦力和滑動摩擦力
  4.5  黏滑運動
  4.6  聚四氟乙烯與拋光不銹鋼間的摩擦
  4.7  雙金屬滑動界面內的摩擦
  4.8  摩擦生熱
  4.9  施加過潤滑劑的滑動界面的摩擦
  4.10  滑動支座的老化
  4.11  小結
第5章  PTFE與拋光不銹鋼界面的摩擦特性
  5.1  引言
  5.2  加載時間對靜摩擦力的影響
  5.3  表面壓力和滑動速度的影響
  5.4  溫度效應
  5.5  累積運動的影響
  5.6  不銹鋼表面粗糙度的影響
  5.7  不銹鋼腐蝕的影響
  5.8  污染效應
  5.9  潤滑效應
  5.10  磨損效應
  5.11  鍍鉻碳鋼的滑動表面
  5.12  小結
第6章  滑動支座的分析與設計
  6.1  引言
  6.2  滑動支座的設計
  6.3  雙凹面摩擦擺支座的分析
  6.4  滑動支座終端板的設計步驟
第7章  人造橡膠支座的力學性能
  7.1  引言
  7.2  硫化
  7.3  天然橡膠的基本力學性能
  7.4  人造橡膠支座的構造和制作
  7.5  天然橡膠支座的基本力學性能
  7.6  人造橡膠支座的發(fā)熱
  7.7  溫度對力學性能的影響
  7.8  人造橡膠支座的擾動和恢復
  7.9  人造橡膠支座的老化
第8章  鉛芯橡膠支座的力學性能
  8.1  引言
  8.2  鉛芯橡膠支座的構造
  8.3  鉛芯橡膠支座的力學性能
  8.4  鉛芯橡膠支座的老化
  8.5  關于鉛芯橡膠支座力學性能的荷載時程效應
  8.6  速度對鉛芯橡膠支座特征力的影響
  8.7  鉛芯橡膠支座的松弛
  8.8  鉛芯橡膠支座的受熱
第9章  人造橡膠支座的分析與設計
  9.1  引言
  9.2  人造橡膠支座的受壓分析
  9.3  人造橡膠支座的轉動分析
  9.4  人造橡膠支座的剪切分析
  9.5  橡膠支座的扭轉
  9.6  多層橡膠支座的分析
  9.7  人造橡膠支座的穩(wěn)定性
  9.8  側向位移引起高度的減少以及對豎向和側向剛度的影響
  9.9  受拉時的性能
  9.10  鋼板的分析和設計
  9.11  橡膠支座的安全性評價
  9.12  橡膠支座端板的設計
第10章  被動阻尼裝置的力學性能
  10.1  引言
  10.2  被動消能裝置
  10.3  液體黏滯阻尼器的構造
  10.4  液體黏滯阻尼器的力學性能
  10.5  溫度增高對液體黏滯阻尼器響應的影響
  10.6  鎖定裝置
  10.7  具有恢復力和阻尼的裝置
  10.8  液體黏滯阻尼器的使用壽命
第11章  阻尼系統(tǒng)的布置
  11.1  引言
  11.2  直線型支撐和對角型支撐布置
  11.3  其他的阻尼布置
第12章  系統(tǒng)特性的修正系數(shù)
  12.1  引言
  12.2  系統(tǒng)特性修正系數(shù)
  12.3  系統(tǒng)調整系數(shù)
  12.4  滑移支座的特性修正系數(shù)
  12.5  彈性隔震系統(tǒng)的系統(tǒng)特性修正
第13章  隔震支座和阻尼元件的測試
  13.1  引言
  13.2  使用荷載下的測試
  13.3  罕遇地震條件下的測試
  13.4  隔震支座和阻尼器的原型測試
  13.5  隔震支座和阻尼器的產品(質量控制)測試
第14章  結論
參考文獻
附錄A  三層摩擦擺隔震支座在SAP2000中的應用
  A.1  引言
  A.2  三層摩擦擺隔震支座描述
  A.3  三層摩擦擺隔震支座在SAP2000中的建模
  A.4  隔震支座的-△效應
  A.5  并聯(lián)模型的精度驗證
  A.6  阻尼效應的研究
  A.7  直接積分法
  A.8  在SAP2000中支座P-△效應的模擬
  A.9  結論
附錄B  模型參數(shù)的計算
  B.1  串聯(lián)模型
  B.2  并聯(lián)模型

章節(jié)摘錄

　　5.8 污染效應　　滑動表面的污染將導致摩擦力的增加，大量試驗研究已經證明了這個現(xiàn)象。這明顯是由于第三方介質作用和不銹鋼磨損引入了附加摩擦力的結果。　　Long（1969）稱在有意用將灰塵撒在PTFE表面后，未填充PTE材料支座仍然符合性能要求。除了指出支座的累積運動達5.7 km之外，并沒有量化地給出其符合要求的性能或污染的量。污染物可能是輕的且非常小的顆粒，以便能夠被軟PTFE所吸附。Long（1969）指出在支座承擔載荷時，不大能污染到滑動面，因此不得不將支座分解并引入污染物。他指出當干水泥灰塵作為污染物引入到支座時，最大靜摩擦力系數(shù)有相當大的提高（大約6倍，從0.017提高到0.100）?！　?977年Jacobsen發(fā)表了與Long相似的研究結果，Jacobsen的試驗是在未填充的PTFE材料和不銹鋼材料間的接觸面上進行的（不銹鋼的型號和表面情況沒有給出），試驗的表面壓力為6.5MPa，速度很低并保持不變（4mm／s）以在運行950m后得到0.05的摩擦力系數(shù)的靜態(tài)值（最大靜摩擦力系數(shù)值）和0.06的滑動摩擦力系數(shù)值。同樣的試樣，用沙粒（數(shù)量沒有給出）污染后在4.3 MPa的表面壓力下進行試驗，在運行870 m后靜摩擦力系數(shù)的量測值為0.27，滑動摩擦系數(shù)的量測值為0.14。在未填充PTFE材料的另一個試驗中，表面壓力大小為4.1MPa，未污染接觸面的靜摩擦力系數(shù)大小為0.08，而用沙粒污染后，其靜摩擦力系數(shù)值為0.29?！　acohse還發(fā)表了編織PTFE材料與青銅間接觸的試驗結果。在13.8MPa的表面壓力下，未污染試樣的靜摩擦力系數(shù)為0.065，用沙粒污染試樣的靜摩擦力系數(shù)為0.125。在運行了130m以后，滑動摩擦力系數(shù)減小到了未污染試樣的摩擦力系數(shù)值，這可能是因為沙粒進入了PTFE材料的編織纖維內，減弱了污染的影響?！　?977年1'yler在很大的滑動速度（375 mm／s）下分別對污染的和未污染的、潤滑過的、有凹紋的PTFE材料與不銹鋼材料間的接觸面進行了試驗，采用水泥灰塵進行污染，但是沒有給出數(shù)量，發(fā)現(xiàn)滑動摩擦系數(shù)有10～15倍的增長?！　ampbell和Fatemi（1989）、Campbell（1993）等發(fā)表了污染對潤滑過的、有凹紋的PTFE支座摩擦力影響的系統(tǒng)研究成果。試驗的表面壓力為30MPa，加載時間為12h，激勵運動的速度為1 mm／s，水泥灰塵形式的污染以不同的濃度引入（以單位接觸面面積上污染物的重量給出），試驗結果記錄了200個運動循環(huán)的初始（靜或最大）摩擦力系數(shù)和滑動摩擦力系數(shù)。根據記錄，對于嚴重污染的接觸面，摩擦力有非常大的增長。例如0.239 mg／mm2的污染可以使初始摩擦力系數(shù)（最大靜摩擦力系數(shù)）增長15倍，對于直徑為75 mm的試樣這個污染量相當于約1 g的水泥灰塵?！　　?/pre>




編輯推薦
　　《橋梁地震保護系統(tǒng)》在1999年報告的基礎上對相關信息進行了更新，包括：溫度、加載歷史和老化對隔震支座力學性能的影響及對隔震結構響應的影響。同時對現(xiàn)行的保護系統(tǒng)的設備、分析及設計方法進行了總結。另外，本文試圖對隔震支座和阻尼器的熱效應、加載以及其老化情況進行一個科學的解釋，從而可以預測整個使用周期內隔震結構的響應——而這種預測可依靠試驗和觀察來證實。





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