4.2非通航孔桥的抗震性能试验研究4.2.1 试验目的1）验证隔震技术的有效性和可靠性2）不同支座形式的隔震效果，为支座类型的选择提供参考3）为有限元分析结果的可靠性进行验证4.2.2 试验内容1）不同隔震支座类型由于铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座和摩擦摆隔震支座在竖向能够承受竖向 力、能抵抗地震作用时的负反力，在水平方向可以分散地震惯性力，并且具有较 好的耗能效果，通过合理设计均具有较好的复位能力，三种支座均符合港珠澳大 桥对抗震性能的要求采用哪种支座，隔震桥梁才能达到较好的隔震效果，本试 验针对高阻尼橡胶支座、铅芯橡胶支座和摩擦摆隔震支座三种支座类型隔震桥梁 在地震作用下的动力性能进行研究，分析不同隔震支座的隔震效果为桥梁隔震 支座的选择提供参考2）功能可变支座的功能转换在垂直桥向，因为桥墩以及基础的刚度较大，为了避免桥梁上的通讯管线， 伸缩缝及其他必要管线的损伤，一般采用固定支座方式虽然在风荷载以及中小 地震作用下，垂直桥向的桥墩和基础具有足够的承载力，但在罕遇地震作用下水 平作用力也大，有可能会导致桥墩或者基础的损伤本桥采用的隔震支座在风荷 载以及中小地震作用下为固定，罕遇地震作用可转变为减隔震支座的可变支座， 即功能可变支座。
我们将通过振动台试验来验证横桥向限位装置在大震下是否能 满足功能转换的要求3）桥墩高差较大对隔震桥梁动力性能的影响最高桥墩和最低桥墩之差与桥墩高度比例大于 20%的为高差大的，小于 20% 的为高差不大或者没有高差的桥在本项目中，与斜拉桥连接的高架桥的桥墩非 常高，且路面高度变化剧烈，试验中取桥墩高差较大的 6 跨连续高架桥作为研 究对象，P1桥墩的高度为34.6，而P7桥墩达到50.6m，桥墩高差的参数ah 很大，不能忽略桥墩高差对隔震桥梁动力性能的影响，为了能够更加直观真实的 反应桥墩高差对桥梁动力性能的影响，通过振动台试验的方法，分析研究了桥墩 较大高差对桥梁动力性能的影响4）行波效应的影响地震时从震源释放出来的能量以地震波的形式传至地表，经由不同的路径， 不同的地质土层因而反映到地表不同地点的地震动必然存在差异，即地震动有 空间变化性，主要包括行波效应、部分相干效应和局部场地效应，这三种效应的 作用使地震波的到达时间、振幅、频率以及叠加方式上均不同其中，行波效应 是由地震波在不同支承点处到达时间的差异造成的，部分相干效应是由地震波在 地层的不同介质中的折射、反射和散射等造成的，局部场地效应是由不同站点处 局部土壤条件的差异造成的。
由于强震记录的收集和实际布设密集台阵的困难， 对于大跨度桥梁结构，大多考虑其行波效应的影响，即考虑地震波在传播过程中 到达结构不同支座时会发生时间的延迟现象本研究内容将再现行波效应的影 响4.2.4 试验设备浅水区和深水区的 6 跨桥梁模型振动台试验在重庆试验中心进行，振动台参 数如表4-23 所示，振动台俯视图如图 4-5所示表 4-23 振动台主要技术参数Specifications and Technical Parameters技术参数 Specification 台面尺寸 Dimensions （ mxm ）A 台 Table A3x6B 台 Table B3x6最大试件重量 Max. Payload Mass （Ton）3535最大抗倾覆力矩Max.Overturning Moment（ Tonm）7070最大回转力矩Max. Torque（Yaw） Moment（ Tonm）3535工作频率范围 Working Frequency（ Hz）0.1 〜700.1 〜70X方向可移动距离Movable Range（ m）0.0（固定台 Fixed）2.0 〜20.0（可移动台 Movable）最大位移：Max. Displacement（ mm）X: ±150X: ±150Y: ±150Z: ±100Y: ±150Z: ±100最大速度：Max. Velocity（ mm/s）最大加速度：Max. Acceleration（ g）X: ±800X: ±800Y: ±800Z: ±600X: ±1.0Y: ±800Z: ±600X: ±1.0Y: ±1.0Y: ±1.0Z: ±1.0Z: ±1.05图 4-5 振动台俯视图4.2.5 地震波的选取1. 地震波的选取原则采用时程分析法时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用实际地震记录和 人工模拟的加速度时程曲线，其中实际强震记录的数量不应少于总数的 2/3，多 组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响 系数曲线在统计意义上相符。
正确选择输入的地震加速度时程曲线，要满足地震 动三要素的要求，即频谱特性、有效峰值和持续时间均要符合规定2. 港珠澳大桥所选地震波2009 年 6 月，中国地震局地壳应力研究所、广东省地震局共同对港珠澳大 桥地震动参数进行了研究，给出了《港珠澳大桥工程场地设计地震动参数评价报 告》，本项目根据报告内容给出的设计地震动参数设定加速度峰值本试验选用地震波，沿用预研究报告成果，每一个设防地震水准，选取 6 组地震加速度时程进行分析，其中5 组为天然波，2 组为人造波各水准的加速 度度程最大值，见表 4-24（相关内容参阅预研究报告关于地震波部分）所选择 地震波波形如图 4-6 所示表 4-24 时程分析所用地震加速度时程的最大值 （单位 m/s2）重现期120年600年1200 年2400 年场地波0.881.491.812.31天然波0.91.521.852.35注：振动台提供最大加速度无法满足加速度峰值要求0.100.D5§ 0.DC■0.05-■0.10(a)工作状态(120年)人造地震动时程曲线L1(b)工作状态(120年)天然地震动时程曲线NL1_1(c)工作状态(120年)天然地震动时程曲线NL1_2图 4-6 分析中采用的地震波在进行振动台试验时将所选地震波进行时间轴的压缩，对峰值进行调整，使其达到对应多遇地震、设计地震和罕遇地震的加速度水平。
调整后的地震波如图4-7 所示a)工作状态(120年)人造地震动时程曲线L1(b)工作状态(120年)天然地震动时程曲线NL1_1O.'O?i■0.100.050.00-0 05MP"听人1 / J恥小严叫字卜4(c)工作状态(120年)天然地震动时程曲线NL1_2图 4-7 试验中采用的地震波4.2.6 桥梁模型1.模型相似比设计方案1：弹性模量与加速度为 1根据相似原理，以及桥梁动力试验相关理论，选定原形结构与模型结构的长度相似比气=20、动力试验加速度相似比Sa=1.0和应力相似比SI3 =1.0相应的时间相似比s =-二瓦八20，质量相似比S = M =13967 = 400，密度相似比t t VS m m 34.92m a mS = pp = Sm = 1/20模型各参数相似关系如表4-25P P S 3ml表 4-25 模型与原形相似关系物理量量纲缩尺物理量量纲缩尺加速度lt -21力pl 4t -21/400长度l1/20面积l21/400时间t1A；2O断面惯性距l41/160000密度P20弹性模量pl2t-21频率t-1V20弯曲刚度pl6t-21/160000速度lt-11/価拉伸刚度pl4t-21/400质量Pl31/400水平刚度pl3t-21/20单位长度重量pl 3t -21/20转动刚度Pl 5t -21/8000为重点分析组合隔震支座的力学性能，设计中桥墩在地震作用下处于弹性状 态，试验中为减小由于混凝土材料的离散性对试验结果的影响，采用制作方便的 钢管桥墩，试验中考虑桥墩弹性的，不发生塑性变形。
2.原桥模型为研究港珠澳大桥采用隔震设计后的动力性能，选取了具有代表性的两种不同桥梁模型进行振动台试验研究，分别取桥墩高差较小的6x85m原桥模型和桥 墩高差较大的6x110m的原桥模型进行缩尺1）桥墩高差不大的非通航孔桥梁模型桥墩高差较小的6x85m标准部（DB02低墩区）的原桥模型如图4-8所示上部结构的荷载组合如表4-26所示b O O O O O o'图4-8桥墩高差不大的非通航孔桥梁标准部（6x85m）表 4-26 深水区 110 跨桥梁段自重荷载组成上部结构恒载（kN/m）一期恒载钢箱梁55.4混凝土桥面板161.5二期恒载路面铺装45桥面护栏2.5管线2路面装置2总恒载线荷载268.4上部结构重量（t）6X85m13967.8图 4-9 桥墩正立面与侧立面图图 4-10 桥墩横截面图2）桥墩高差较大的非通航孔桥梁模型 与斜拉桥连接的高架桥的桥墩非常高，且路面高度变化剧烈，桥墩高差较大 的 6 跨连续高架桥，如图 4-11 所示，桥墩的立面与侧立面图如图 4-12 所示， 桥墩横截面图如图4-13所示P1桥墩的高度为34.6，而P7桥墩达到50.6m 桥墩高差的参数ah很大。
如采用桥墩单体模型进行动力计算，无法保证其计 算精度通过振动台试验将进行如下几项研究：（1） 上部惯性力是否会集中于高度较低的 P1 和 P2 桥墩？（2） 由于桥墩高差所导致的上部惯性力在各个桥墩的分担量是否会因为采用减隔震装置得到缓解？3） 由于桥墩较高，桥墩的水平位移将会很大，是否会影响减隔震装置的耗能效果？图4-11桥墩高差较大的6x110m跨非通航孔桥的原桥模型（DB01段）上部结构自重荷载组成如表 4-27 所示表 4-27 深水区 110 跨桥梁段自重荷载组成项目 荷载钢箱梁标准梁段（kN/m） 181.156铺装（kN/m）55.08防撞护栏：共计4道（kN/m/道）2.646D250输水管：共计2道（kN/m/道）1.1D100消防水管：共计2道（kN/m/道）0.36泄水槽：（横向布置两个，顺桥向间隔5m）（kN/个）4.41检查车轨道：共计2道（kN/m/道）1.25钢箱梁内管线：（kN/m）10总恒载（线荷载）（kN/m）264.004上部结构重量（t）17779.9图 4-12 桥墩立面图图 4-13 桥墩横截面图注：下部截面中间隔板高度为下拼接段的长度 L1 减 300cm3. 试验模型桥梁1）桥墩高差较小桥梁模型 桥墩高差较小的标准部隔震桥梁的试验模型简图如图 4-14 所示，为计算桥墩截面各个参数，在 ansys 有限元软件中，建立了桥墩截面，得到桥墩横截面参 数如图4-15 所示。
试验模型桥梁各个桥墩的设计参数见表4-28~表4-30，桥梁上 部结构的总重量为13967.8吨(6x85m)o根据上述相似关系，确定模型和原形的物理量间的关系如表 4-25，据此，设 计六跨连续隔震桥梁模型模型桥梁墩高为2.5m，桥面。