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介绍

地震隔离系统，在结构和桥梁，提供水平隔离水平地震振动的挑衅。

双凹分式摆轴承是在早期摩擦摆系统基础上发展起来的一种新型隔震系统。大多数的研究和设计都集中在直桥上，很少讨论曲线桥，但考虑到桥的场地地形和一些特殊情况，也有必要对曲线桥进行研究[Bahar et al, DeSantiago et al, Constantinou et al]。近年来，研究人员发现，周围土体对结构基础，特别是桥梁的影响对其行为非常重要，从工程角度忽略土-结构相互作用效应将导致安全性较低[Olmos et al . and Ates et al]。因此，在本研究中，在桥梁建模中考虑了土-结构的相互作用。

本研究的目的是探讨DCFP桥梁的甲板和底座剪切的应力，所述DCFP接触地震振动，考虑到土壤结构相互作用。三维模型已在分析过程中使用，以便更正确地评估地震和土结构相互作用对弯曲桥梁动态响应的影响。为实现此目的，已使用ABAQUS软件，基于有限元方法具有适当的计算能力。

双凹分式摆轴承

如图1所示，双凹部部分摆轴承由两个双凹面组成，其称为上表面和下表面。凹面可以具有相同或非相同的曲率半径。而且，这些表面的摩擦系数可以等于或不同于彼此不同。2D是隔离器的最大位移。D表示凹面的最大位移。然而，由于滑块的相对旋转，实际上位移容量将略有不同于2D。等式1可访问DCFP隔离器的力 - 位移关系1. [Constantinou]：

图1双凹分数摆轴承[Constantinou］ 点击这里查看图

其中W是垂直荷载，R₁和R₂凹面曲率半径h₁和H.₂是滑块关节零件和u的高度_b是总运动（隔离器的运动）。上表面和下表面的总和可以在等式2 [Constaninou]中计算：

你在哪里_b1和你_b2分别为滑块在上表面和下表面的移动。

每个表面的运动由公式3和4计算[Constantinou]:

F_f1和F_f2分别为上、下表面的摩擦力。

凹面摩擦系数为[Constantinou]:

f_最大限度和F._最小值分别为最大和最小机动摩擦系数，a为控制系数随滑动速度变化的参数。

如果采用与凹面曲率半径(R₂= R₁）滑块接头部件（H₁= h₂)，则有效摩擦系数等于μ的平均值₁和µ₂，可由式6 [Constantinou]计算:

隔振器振动的固有周期可由式7计算[Constantinou]：

其中g为重力加速度，Re为有效曲率半径。

本研究采用上、下凹面摩擦系数和曲率半径相等的隔震系统。

土壤结构的相互作用

土体相互作用效应(SSI)对地基性能的影响非常重要。忽视它将导致低安全性。换句话说，不同特性的土壤会有不同的行为。这种性能对结构的抗震性能有重要影响。因此，在分析桥的反应时，如果不考虑隔震系统对结构与土的相互作用，仅仅依靠现有的和常用的工程方法是没有任何问题的。如果在响应中不考虑SSI效应，桥台位置的支座位移可能会被低估[Tongaonkar和Jangid]。土-结构相互作用问题有许多解决方法，如基础结构法和直接法。

在基础结构法中，根据图2，将土-结构动力相互作用问题划分为许多简单问题，并对每个子问题采用最合适的方法进行分析，然后利用力的叠加原理将结果进行组合。针对这一问题，基础设施法是一种线性相互作用分析方法，为了考虑土体非线性行为的影响，可以采用等效线性法[Seed和Idriss]。

图2:采用基础设施法的土-结构动力相互作用[狼］ 点击这里查看图

在直接土-结构相互作用分析方法中，采用有限元法对土体进行建模，并在土图周围加一个边界。该方法除考虑几何衰减外，还考虑了埋地岩石基础和水平和垂直方向的土层分层。根据上述特点，本研究采用了适用于土-结构相互作用效应的直接解法。

研究下的桥梁描述及其建模

在本研究中，为了研究孤立的曲线桥梁的地震反应，使用[BERGES / ADAM工程师，使用[练习6，展示练习6，联邦公路管理（FHWA）的地震设计阶段的特点[BERGER / ADAM工程师inc]。应该注意的是，这座桥没有地震隔离器。这座桥的配置如图3所示，是一个三跨桥，其具有混凝土箱梁的铸造件，位于具有高深的土壤较低的土壤上。道路的水平对准是严重弯曲的，即它的方式是104度，但它在垂直方向上没有曲率。基台，桩和放置地震隔离器的放置方式根据图4和5。假设，桥在其设计中没有问题，使用地震隔离系统以分析桥接行为。ABAQUS软件版本6.12.1用于该桥的3D建模。桩和桥式甲板是钢筋混凝土，以及3D建模我们使用连续的三维元素。桩周围的土壤是含有高深的土壤的内聚力。因此，使用Moher-Coulomb行为模型，它被建模均匀和弹性塑料。用于建模软件的连续三维元素。 mesh and soil elements dimensions will be reduced as it get closer to the piles. This will extend the time of analyzing but the results will be more accurate. Specifications of all materials are included in tables 1 to 3. It should be noted that Seismic isolators are modeled with column elements. In this investigation border conditions are applied in the form of movements. The depth of soil is twice bigger than the depth of piles. And it was assumed that there is bedrock at the bottom. Thus, Earthquake excitation is applied to the system from the bottom.

图3:正在调查的弯曲桥的平面图和尺寸[Berger / Adam engineers, Inc] 点击这里查看图

图4:桥台规范及隔震器布置方式[Berger / Adam engineers, Inc] 点击这里查看图

图5:A)横柱，B)横钻桩[Berger / Adam Engineers，Inc］ 点击这里查看图

本文将1994年北岭地震加速度图历史上的地震记录在弦和半径方向上应用于桥梁。但是，由于研究量大，分析计算耗时，所以我们使用High volatility，即我们使用Northridge地震前20秒的记录。为了防止来自土壤边界的反射波，我们使用了吸引子元素。土体在水平方向上的膨胀量与桩长相等。最后，根据图6进行建模。

图6:最终的建模是网格化的 点击这里查看图

表1:定位土壤性质

土壤类型	冲积物类型为中等密度的泥砂
内摩擦角(Φ)	34(度)
弹性模量(E年代）	350(公斤/厘米2）
泊松比	0.3
具体的重量	1700 E-6(公斤/厘米3.）

表2:隔震器DCFP的特性

隔离器	Re(厘米)	ξeff.	w（kg）	Keff.(公斤/厘米)
邻接	287	0.34	103.×112.299	850
桩	287	0.34	103.×236.258	1766

表3:预应力混凝土规范

抗压强度(F＇c）	350(公斤/厘米2）
类应变最大应力(εo）	0．002
断裂时刻的抗压强度(Fu）	250（kg / cm2）
断裂时刻的应变(ε铜）	0.003
弹性模量(Ec）	3.2 e5(公斤/厘米2）
泊松比	0.2
具体的重量	2300 e 6(公斤/厘米3.）

结果

在本研究中，为了评估使用DCFP在弯曲桥的甲板应力和基础剪切上的影响，在非线性时间历史分析中分析了桥梁的模式（具有DCFP和没有DCFP）的建模。应当注意，在两种模式的分析过程中，首先将环境暴露于重力的静态力，然后施加地震激发。最终，两种情况的驱动结果彼此比较。表4表示甲板上的点的特征，暴露于最强调。

表4:被测点的性质

没有。的点	到源甲板的距离(Cm)
1	0
2	1362.5
3.	2725.
4	4400
5	6075
6	7437.5
7	8800

图7显示了与非隔离桥的第3个相关的应力时间历史曲线。根据该图，在9.98秒内发生的这一点，最大应力为140.53千克/厘米。通过调查两种模式中其余点（用DCFP和没有DCFP）并提取这些区域的最大应力的应力曲线，最大应力曲线将是图8。

图7:区域3的应力时间历史曲线 点击这里查看图

图8:甲板单位长度的最大应力曲线 点击这里查看图

根据图8，可以得到表5。在这张表中规定了桥面上每个点的最大应力。

表5:桥面上每个点的平均应力减少量

没有。的点	点距(Cm)	无DCFP时桥梁的最大应力(Kg/Cm)2）	DCFP下桥梁的最大应力(Kg/Cm)2）	减少百分比
1	0	66.26	31.15	53
2	1362.5	178.62	67.14	62
3.	2725.	140.53	47.80	66
4	4400	147.90	25.75	83
5	6075	150.30	54.04	64
6	7437.5	181.66	55.82	69
7	8800	63.03	34.43	45

由表5的结果可知，有DCFP的桥梁桥面上的最大应力小于无DCFP的桥梁。把结果平均一下，它的数量将是63%。也就是说，在曲线桥中使用DCFP可以将桥面的应力降低到63%。然而，两座桥梁的结构规格和材料强度是相同的。

由弦和非隔离桥的地震引起的基部剪切的力图在和弦和半径方向上引起的，如图9所示。

图9 A)非隔震桥基底剪力图B)隔震桥基底剪力图 点击这里查看图

根据以上图表，可以得到表6。根据给定的结果，在弦向有隔震器63%、半径有隔震器74%的桥的表剪力小于无隔震器桥的表剪力。

表6：每种情况下的基础剪切量

方向	非隔震桥梁基础剪力最大(Kg)	隔离桥基底剪力最大(Kg)	减少百分比
弦	309139.4.	113418.04	63
半径	422766.9.	109788.16.	74

讨论

通过评估结果，从这一分析，可以理解，最大应力在长度的隔离桥面有一个显著的减少。这表明，隔震器不同于提高材料强度的理论，通过降低结构对低地震力的需求，在地震中导致低损伤。

在桥梁结构中采用隔震系统可以减小基础剪力。这表明结构需求的减少，使结构设计更小的截面和更低的成本。

一般地，根据已知的结果，我们可以得出结论，在桥梁结构中采用隔震系统可以降低桥梁应力、基底剪力，提高其抗震性能，从而增加该重要结构在地震后的使用机会。

确认

我非常感谢Mohammad-Ali Lotfollahi-Yaghin博士在规划和开展这项研究工作期间提出的宝贵和建设性建议。他愿意如此慷慨地花费时间，我们对此深表感激。

参考

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