2017年10月29日星期日

實際抗震分析中由於阻尼選取不同所產生的問題


  目前,橋梁地震反應分析一般以直接積分的時程分析方法為主。
  (1)Rayleigh阻尼作為一種正交制震阻尼器,適用於阻尼特性分布非常均勻的工程結構。但是大跨橋梁一般來說都不能算作非常均勻的結構。例如,為了提高橋梁的跨越能力,主梁一般采用鋼箱梁或鋼混疊合梁,而主塔和邊墩則采用鋼筋混凝土材料,兩者的阻尼特性相差比較大。即使主梁材料特性與主塔差不多,大跨橋梁由於抗風和抗震的要求,經常會在橋梁結構的某些部位加有人工阻尼裝置,比如橋墩上安放高阻尼的抗震支座、橋塔上安放控制振動的裝置TMD等,這都會產生摩擦阻尼或集中阻尼從而造成阻尼特性的不均勻分布。這樣的阻尼均勻性前提得不到滿足的情況下,仍按照 Rayleigh阻尼模型去計算各階振型對應的阻尼比勢必會造成除ωi和ωj兩階之外其他各階振型阻尼比與真實值有或多或少的差別。
  (2)根據同濟大學土木防災國家重點實驗室對國內幾十座大跨橋梁進行抗震分析後總結的經驗,邊墩。輔助墩等部位是大跨橋梁抗震設施的重點。但是采用Rayleigh阻尼模型時,隔震工程用於計算其他各階振型阻尼比的ωi和ωj一般取的是較低階的振型,而邊墩輔助墩的振動一般都發生在高階振型。根據Rayleigh阻尼模型圖,可以看出離ωi和ωj越遠的振型,其阻尼比就越不准,而且隨著圖上阻尼比按頻率增加的速度越來越快,邊墩部分振動頻率對應的阻尼比比實際值往往偏大,從這一點講會導致邊墩部分反應的計算結果偏於不安全。
  一些橋梁抗震研究人員已經注意到了以上兩個問題,他們采取的措施是根據分析的部位不斷變換所選擇的ωi和ωj,比如計算橋塔的縱向地震反應時就選擇對橋塔的縱向反應起主要作用的兩階頻率作為ωi和ωj,來計算其它各階阻尼比,LRB隔震墊計算其它地震反應時也依此類推。這樣就需要分析人員不斷的重複選擇。和約和進行時程計算,十分繁瑣。
  制震阻尼器解決方法
  由以上論述,我們已經了解到阻尼是一個非常複雜的問題,僅僅依靠Rayleigh阻尼模型,會對大跨橋梁尤其是邊墩輔助墩等部位的地震反應分析出現不應有的誤差。因此,我們嘗試尋找一種既不過分繁瑣又比較准確的方法。
  在前面的論述中,我們發現阻尼比是反應阻尼的一個方便而有效的量,它把阻尼特性和振型頻率聯系起來,使得動力方程分析起來更為簡單,而且阻尼比可以通過橋梁實測測出。

  如果我們直接指定對橋塔。主梁、邊墩等重要部位反應起主要作用的一些振型頻率的阻尼比,而對其餘各階振型頻率的阻尼比采用線性內插的方法確定,這樣做也可以形成阻尼比矩陣。由於我們通過以前的工程實例發現結構各部位的反應來說少數幾階振型的貢獻最為顯著(這些振型的貢獻占到70%~ 80%,甚至更多),因此,這樣做能夠保證計算的正確性,而且並不繁瑣,此對,以實測試驗數據作為基礎,更增加了其准確性。同濟大學橋梁系近十幾年來,通過為國內幾十座大型橋梁進行竣工檢測、成橋檢測積累了大量的阻尼實測資料,並有研究人員准備把這些阻尼資料整理形成橋梁阻尼數據庫。有了這些數據資料為基礎,通過指定主要振型頻率阻尼比,來計算結構動力反應是行得通的,並且結合下面的振型疊加法,會使計算更加簡便。

混凝土結構中的裂縫進行評價、鑒定、修複


  當裂縫寬度達到一定的數值時,還可能危及結構的安全。因此,如何對混凝土結構中的裂縫進行評價、鑒定、修複,結構補強對結構的使用和維護具有十分重要的現實意義。
  一、裂縫原因與類型
  裂縫形成的原因一般分成兩類:結構性裂縫和非結構性裂縫。
  【結構性裂縫】由於直接施加的各種靜力和動力荷載所引起的裂縫。由於結構承載力不足應力達到限值引起的,是結構開始破壞的特征。這種裂縫是比較危險的,如果不對這類裂縫進行處理將對結構的安全帶來隱患。
  【非結構性裂縫】由於溫度變化、收縮、不均勻沉降等間接作用, 裂縫灌注結構的變形受到約束而引起的裂縫。這種裂縫對結構承載力的影響不大,可根據結構耐久性、抗滲、抗震、使用等方面要求采取修補措施。
  在實際工程結構中,由於荷載所引起的裂縫只占總數的20%左右,而由於間接作用所產生的裂縫,大約占裂縫總數的80%。
  裂縫成因複雜,鋼筋外露對結構的影響差異也較大。只有在弄清結構受力狀態和裂縫對結構影響的基礎上,才能確定相應的修複措施。
  二、裂縫調查與分析
  裂縫成因調查包括對【材質與施工質量】、【設計計算與構造】、【使用環境與荷載】等方面的調查,是為裂縫分析提供依據的。
  通過裂縫現狀觀測、成因調查判明是結構性裂縫還是非結構性裂縫。
  裂縫的寬度、長度保持恒定不變的屬於穩定裂縫,只要其寬度不大,符合規范要求,其危險性較小,屬安全構件;

  裂縫的寬度和長度隨時間不斷擴展,說明鋼筋應力可能接近或達到流限,對承載力有嚴重的影響,應及時采取措施。

混凝土結構裂縫的檢測與修複


  裂縫問題是一個人們普遍關心的問題,對混凝土結構而言,裂縫的存在是十分普遍的現象。大量科研和實踐都證明了混凝土結構出現裂縫是不可避免的,裂縫出現時荷載常為極限荷載的15%-25%。
  在正常使用荷載作用下裂縫灌注,鋼筋混凝上結構一般是帶裂縫工作的,一般肉眼可見的裂縫范圍為0.02- 0.05mm,裂縫寬度小於0.05mm 的屬無害裂縫,對防水、防腐蝕與承重的影響均可忽略不計。
  我國現行規范對一般正常使用條件下混凝土結構構件最大裂縫寬度的控制標准為0.3mm。因此就經濟及科學觀點,一定程度的裂縫是可以接受的。

  但有的裂縫會造成結構承載能力降低,鋼筋外露結構的可靠度下降;有的雖對承載力無多大影響,但會出現諸如混凝上保護層脫落、鋼筋鏽蝕加速和混凝土碳化,降低結構的耐久性或發生滲漏,影響使用。

環氧樹脂使用過程中產生難以回收的廢棄物


  環氧樹脂及其固化物的環境問題如下。
  (1)制造過程中應盡量減少雙酚A的殘留量,環氧樹脂建材因雙酚A有所謂的環境激素問題。
  (2)添加劑問題。
  ①某些添加劑(如胺類,特別是乙二胺)是有毒的,應盡量不使用。
  ②溴類阻燃劑有生成二思英的可能,碳纖維迫切希望開發非溴阻燃劑。
  (3)燃燒性
  LOI:18.3—49(依種類而異)
  燃燒熱:約7.1kJ/mol(雙酚A類)

  (4)回收利用問題,有熱固性塑料廢棄物難於回收利用的共同問題。環氧樹脂多數用於與其他材料複合,複合後難以剝離,材料回收更困難。