形状记忆合金金属橡胶阻尼器防高墩桥梁地震碰撞振动台试验研究

    随着我国交通事业的迅速发展，高墩梁式桥在西部的山区及高原地带不断建成． 由于跨越地形复杂，河谷深沟众多，有的梁桥桥墩已高达 50 m，造成桥墩间高差悬殊，桥梁各部分的结构动力特性差异明显，使得地震发生时因桥梁在伸缩缝处发生碰撞而造成破坏的可能性大大增加，甚至落梁． 近几十年来，地震造成的桥梁碰撞破坏屡见不鲜，1971 年美国 SanFernando 地震中发生多起桥面与桥台的冲击破坏，1989 年 Loma Prieta 地震中某高架桥由于碰撞造成桥墩与桥面脆性破坏，1994 年美国 Northridge 地震中州际5 号公路桥多处桥墩和伸缩缝碰撞破坏［1-2］． 2008年5 月12 日，在我国四川省汶川县发生的 8 级大地震中，庙子坪大桥是唯一经受了地震考验的百米量级高墩大跨桥梁，它横穿紫坪库水库，地震时接近完工．其主桥为3 跨连续刚构桥，引桥为 50 m 跨连续桥面简支梁桥，5 跨一联设有伸缩缝． 该桥桥墩高度在百米以上． 主要震害表现为 1 跨引桥在伸缩缝处坠落，主、引桥横向稍有错位，主、引桥支座破坏和挡块损坏． 主桥和引桥、引桥与引桥伸缩缝处的碰撞，破坏情况，远比想象复杂［3-4］．

    为研究控制高墩桥梁地震碰撞，本文通过振动台试验，研究形状记忆合金( shape memory alloy，SMA) 金属橡胶阻尼器防高墩桥梁地震碰撞效能．

    1 高墩桥梁钢桥梁模型

    参照云南某高墩桥，设计建造钢桥梁试验模型，使其主桥与引桥动力特性差别相似． 模型由 2 引桥和 1 主桥组成，2 引桥皆由 4 根尺寸为 14 mm × 25mm × 1 500 mm 的钢条( 模拟桥墩) 与上下底板厚度为 12 mm 的钢板组成，主桥由 4 根外○/ 38 mm × 5mm 的钢管( 模拟桥墩) 与上下底板厚度为 12 mm 的钢板组成． 传感器布设后的地震碰撞试验钢桥模型和设置 SMA 金属橡胶减振器的钢桥模型分别如图1 所示． 通过在引桥和主桥上设置人工质量，使试验钢模型桥的动力特性与第 3 节中的高墩桥动力特性( 主要是自振周期) 在弹性阶段相似，其自振周期经实测获得，列于表 1，主桥与引桥的基本周期差别很大．

    2 试验方案

    2. 1 试验工况

    为进行对比，分别进行高墩桥梁钢模型地震碰撞试验和防高墩桥梁钢模型试验． 地震动采用 ElCentro、Taft 和人造地震动 3 种，其时程和频谱如图 2所示． a 为图台面加速度．

    2. 2 传感器布置方案

    振动台试验中进行地震碰撞试验的钢桥模型设置加速度传感器 7 个，位移传感器 11 个，应变计 20个，布置如图3． 在每一引桥与主桥之间设置2 个碰撞装置，碰撞装置是由○/ 50 mm 钢球和厚度为 12mm 的钢板组成． 为在振动台试验中测得碰撞力，在碰撞钢板中心位置焊接尺寸为 20 mm ×20 mm ×60mm 的钢棒，在钢棒上设置应变计以获得碰撞力．