具自复位摩擦阻尼器的桥梁隔震性能研究

目前桥梁隔震技术的应用越来越广泛,但这一技术不可避免地会引起震后桥梁上下部结构之间残余位移过大的问题。为有效降低上部结构的惯性力传递至桥墩,使其具有良好的隔震能力,同时减小上部结构复位时的阻尼,增强其自复位能力,降低震后桥梁的修复费用,提出由一种新型自复位摩擦阻尼器和聚四氟乙烯滑板支座代替传统的隔震支座。该阻尼器当活塞向远离平衡位置方向移动时,具有较为稳定的摩擦力使其具有较好的耗能能力;当活塞向平衡位置方向移动时,不具有摩擦力,减小了摩擦力对复位力的消耗,提高了其自复位能力。采用柔性拉索将此阻尼器与桥梁的上下部结构相连,保证阻尼器只受拉且可实现上部结构相对桥墩的往复运动,形成自复位隔震桥梁体系。为验证该隔震桥梁体系的效果,利用OpenSees建立一座4跨连续梁桥模型,分别配置非隔震桥梁支座、铅芯橡胶支座和自复位摩擦阻尼器与聚四氟乙烯滑板支座联合工作的隔震体系,在横桥向输入地震动记录进行时程分析,考察3种桥梁结构的墩顶位移、墩梁相对位移和桥墩内力。结果表明：在相同地震作用下,自复位隔震桥梁体系相对于非隔震桥梁墩顶位移降低为原来的1/8,墩底剪力和墩底弯矩降为原来的约1/3;与配置铅芯橡胶支座的隔震桥梁体系相比,自复位隔震桥梁体系基本没有墩梁相对残余位移。以上说明提出的自复位摩擦阻尼器及具自复位摩擦阻尼器的桥梁隔震体系有较好的隔震和自复位能力。     

近场地震动对桩基础高墩摇摆反应的影响

为明确桩基础高墩自复位隔震装置的适用范围,研究了近场地震动特性对桩基础高墩摇摆反应的影响．以断层距作为识别近场地震动的主要参数来选取地震动,采用两弹簧模拟桥墩的提离摇摆,基于某铁路高墩桥梁,采用非线性时程分析方法,讨论了近场地震动对高墩摇摆反应的影响．结果表明,近场水平地震动显著增大墩顶的摇摆位移,竖向地震动对桩基础高墩的摇摆反应有不利影响．在近断层地震区桩基础高墩应谨慎采用摇摆隔震装置．     

连续梁桥基于超高阻尼支座的隔震研究

探讨了超高阻尼支座的力学模型和桥梁隔震技术原理,以某跨径为30 m的单箱双室箱梁为研究对象,运用Ansys软件对桥梁模型进行地震响应谱分析,着重分析了不同地震烈度和不同墩高下超高阻尼支座的隔震性能。结果表明,不同地震强度作用下超高阻尼支座的变形量远超普通支座,延长了结构的自振周期。地震强度对墩底弯矩影响较大,对支座隔震率影响不大。墩高的变化对墩底弯矩、支座隔震率都有较大影响,支座在低墩高的桥梁上隔震效果最为显著。研究结果对实际工程中桥梁支座的选择具有一定的指导意义。     

地震作用下抗震与隔震连续梁桥动力响应试验研究

针对某跨海连续梁桥的抗震和隔震性能,通过将其简化,并根据相似比1∶10制作该梁桥单墩抗震与隔震试验模型,采用铅芯橡胶隔震支座,进行抗震及隔震地震模拟振动台试验,研究分别采用120、600、1 200和2 400年一遇地震波输入时结构的加速度响应、隔震支座剪力、墩顶剪力和隔震支座滞回性能,并根据单墩低周往复加载试验结果,判别在不同地震波作用时抗震桥墩和隔震桥墩所处的状态。试验结果显示:隔震后梁桥上部结构地震加速度响应在120和600年一遇地震时减小为抗震结构加速度响应的54%和55%;随着结构响应的增加,隔震位移越大,隔震支座耗能能力越强;采用隔震后,在2 400年一遇地震时,隔震梁桥整个桥墩在弹性范围内,桥墩地震响应小于开裂荷载,而抗震梁桥在600年一遇地震时,桥墩已达到开裂荷载。     

简支梁桥铅芯橡胶支座减震特性研究

以一座4×40 m 简支 T 形梁桥为例,对常规非隔震设计的板式橡胶支座和减隔震设计的铅芯橡胶支座（LRB）进行对比分析,比较了2种支座设计下桥梁结构的动力特性以及采用隔震设计后桥梁结构内力、位移响应与非隔震设计的差别。在其他条件一致前提下,研究了铅芯橡胶支座的力学参数对减隔震效果的影响。研究结果表明：铅芯橡胶支座较板式橡胶支座设计的桥梁可以延长结构的周期;设计的铅芯橡胶支座具有明显的减震效果,铅芯橡胶支座可以大幅度减小各墩墩底剪力及墩底弯矩,各墩所受地震力重新合理分配且受力趋于平衡;同时在减隔震设计中,只考虑增大铅芯橡胶支座的型号反而会给桥梁下部结构带来不利的影响。     

振动台模拟高层隔震结构多维地震反应的试验

目的为高层隔震结构设计理论和规范的编制提供试验依据．方法对缩尺为1：16两向高宽比分别为2．5和5的橡胶垫隔震结构模型进行三向地震动输入振动台试验．通过输入不同大小和类型的地震波，分析观察模型上部结构和隔震支座的地震反应．结果结构在小高宽比方向基本做刚体运动，大高宽比方向在强震时变形以第一振型为主，并有高阶振型的参与；在某些工况下，隔震支座竖向进入非线性受拉屈服状态；三向地震动发生时刻接近时，隔震支座水平面内产生最大变形．结论隔震上部结构减震效果较好；需特．别注意水平两向地震波峰值接近的情况；在某些不利地震动下，隔震支座进入受拉屈服状态，此时结构是不安全的     

震源机制对海底地震动及跨海桥梁地震反应的影响

为了研究震源机制对海底地震动特性的影响,将从日本K-net搜集到的113条海底地震动按震源机制、震中距和震级分类。从其中选取中场中震海底实测记录进行加速度(a)、速度(v)和位移(d)反应谱,以及d-v-a三联谱的对比。为了进一步了解不同震源机制下海底地震动的差异,对比分析跨海桥梁于不同震源机制下海底地震动的地震反应。在保证所选地震动的峰值加速度(PGA)接近和缩放系数接近的原则下,并以各自中场中震地震动平均反应谱为匹配对象,选取走滑断层和逆断层各4条海底实测地震记录,分析其对某跨海大桥引桥段的影响。经过分析对比后发现走滑断层在中、长周期段各谱值明显高于逆断层,且速度敏感区长度也更长,而且跨海桥梁对走滑断层海底地震动的地震反应均大于逆断层。     

环境温度对SMA–LRB隔震桥梁地震响应的影响

为减小地震作用下桥梁的最大响应及残余变形,结合铅芯橡胶支座(LRB)及形状记忆合金(SMA)的优点,组合形成具有自复位能力的SMA-LRB支座。针对橡胶和SMA材料的温度敏感性问题,基于一座4跨SMA-LRB隔震连续梁桥,考虑SMA-LRB支座在不同环境温度下的力学特性,对不同环境温度下的隔震连续梁桥进行非线性动力时程分析,得到结构关键部位的动力响应。结果表明:LRB上加设SMA可有效控制支座的位移响应,且SMA自复位特性使其对残余位移的控制效果显著;随着环境温度的降低,LRB和SMA-LRB两种支座的峰值位移和残余位移均随之而减小,但SMA-LRB支座对位移控制能力和自复位能力较常温有所降低;支座刚度随着环境温度减小而增大,致使桥墩墩顶位移和墩底剪力也随之增大,且较低墩的墩底剪力对温度变化更加敏感。     

隔震支座主要参数对基础隔震结构双向地震响应的影响

为研究不同场地类型隔震支座主要参数（等效水平刚度Kf、屈服前刚度K1和屈服力Qd）对基础隔震结构双向地震响应的影响,设计Kf、K1或Qd不同的18栋基础隔震结构,基于SAP2000软件,对各隔震结构分别在不同场地类型的4组地震动作用下的双向地震响应进行分析.结果表明,隔震支座参数对不同场地类型的基础隔震结构在双向地震作用下的加速度最大值和基底剪力最大值均有显著影响,但其对基础隔震结构隔震层位移最大值的影响需根据场地类型具体考虑;在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地上,随着Kf、K1和Qd增大,基础隔震结构的加速度最大值和基底剪力最大值均呈明显的上升趋势,但对隔震层位移最大值的变化影响较小;在Ⅳ类场地上,不同隔震支座参数对隔震层位移最大值的影响较大,且有明显的规律性,即随着Kf、K1、Qd的增大,隔震层的位移峰值迅速减小,最大减幅达80％以上.     

断层破裂过程对减隔震桥梁地震反应的影响

为了研究断层破裂过程对减隔震桥梁地震反应的影响,提出利用相位特性模拟方向性效应的改进随机格林函数法. 以1994年美国北岭地震的断层条件为例,通过与实际地震记录对比验证模拟方法的有效性;应用改进的随机格林函数法模拟相同震中距离的4组地震动时程作为输入条件,比较断层破裂过程对相同震中距离、不同方位的减隔震桥梁地震反应影响. 结果表明,利用持时包络曲线与相位差分分布的相似性可以方便模拟随机格林函数的地震动加速度时程;在相同震中距离条件下,断层破裂方向的观测点地震动以及对应位置的桥梁结构地震反应明显大于非破裂方向位置的观测点;当破裂方向上地震动时程不具有脉冲特性时,断层周围的减隔震桥梁地震反应主要受地震动强度的影响,桥梁方位的影响不明显.     

橡胶隔震支座对桥梁隔震性能的实时子结构拟动力实验研究

通过开发的速度控制型实时子结构拟动力实验系统,研究天然橡胶支座（NR）、高阻尼橡胶隔震支座（HDR）和超高阻尼橡胶隔震支座（HDR—S）等速度相关型隔震支座对桥梁的隔震减震效果。基于速度控制的实时子结构拟动力实验系统,通过速度控制实现对橡胶隔震支座的实时拟动力加载,可以在实验过程中充分考虑到隔震支座的速度相关性对实验结果的影响,精确地模拟地震中隔震桥梁结构的地震反应。实验结果证明此系统对速度相关型隔震支座有足够的实验精度。通过对比3种不同性能的隔震橡胶支座的实验结果,验证了在不同地震条件下超高阻尼橡胶隔震支座对桥梁结构的隔震优越性。     

近震作用下桥墩变高度隔震梁桥设计研究

通过定义桥墩变高度隔震梁桥的支座强度率、各桥墩刚度率和总体系刚度,对总支座强度和扭转反应进行了归一化,并基于Park模型模拟双向水平近震作用下铅芯橡胶支座的非线性动力恢复力特性,对桥梁进行非线性时程分析,研究了桥墩刚度率和支座强度率的分布等对桥墩变高度隔震梁桥的支座剪力与位移、桥墩变形、桥面位移和桥梁扭转反应的影响.结...     

对连续梁桥减隔震支座抗震性能的比较分析

以厦漳跨海大桥北汊南引桥为依托,采用有限元非线性时程分析方法,比较分析了铅芯橡胶支座和盆式橡胶支座对高烈度地区大跨径连续箱梁桥的抗震影响。研究结果表明:铅芯橡胶支座增加了结构在地震作用下的振动周期和主梁梁端位移,减小了固定墩的受力。相比盆式橡胶支座,铅芯橡胶支座可以使主梁梁端位移增加20%~200%,固定墩内力减小36%~80%。说明铅芯橡胶支座能够通过增加主梁位移达到减小桥墩受力的效果,隔震效果明显。该研究成果可为同类型桥梁的抗震设计提供参考。     

铅芯隔震橡胶支座在桥梁中的应用

以帮滇河3号大桥为依托,采用有限元时程分析方法,比较分析普通板式橡胶支座与铅芯隔震橡胶支座抗震性能。研究结果表明:采用铅芯隔振橡胶支座可有效改善桥梁在地震中的受力状况,较大幅度减少墩底轴力、剪力、弯矩。研究成果为该工程的支座替换提供理论依据。     

不同场地类别对基础隔震结构地震反应的影响

土-结构动力相互作用(SSI)会对结构的地震反应产生不可忽视的影响,不同场地条件下结构的地震反应也不同。基于有限元方法,建立了土-隔震结构动力相互作用的整体有限元分析模型,针对不同场地类别,分析SSI效应影响下的基础隔震结构地震反应规律及隔震效果。研究表明,随着地震动峰值加速度的增大,基础隔震结构层间位移、隔震层位移、基础转动角度及加速度反应呈现增大趋势。随着场地条件变差,隔震结构的地震反应也随之加大,隔震层的隔震效率明显较低,尤其是在Ⅳ类场地条件下影响更为明显。在场地条件差、基岩输入峰值加速度大的情况下,土体SSI效应对隔震结构地震反应的不利影响更为明显。     

浮放文物隔震保护与振动台试验

浮放文物在地震中往往遭受严重破坏,隔震技术是保护文物安全的有效手段。采用模块式金属隔震支座对浮放花瓶进行振动台试验,验证了隔震装置的可行性。隔震支座由金属板、直线导轨、滑块、弹簧和摩擦阻尼器组成,具有模块化特征,可根据设计需要调整弹簧、摩擦阻尼器的数量和位置。导轨和滑块用于限制隔震支座的运动方向并防止支座发生倾覆;弹簧用于调节隔震支座的水平刚度,通过施加预紧力提供自复位能力;摩擦阻尼器用于控制隔震支座的水平变形,耗能能力可调节。研究结果表明：隔震支座的隔震效果与PGA有关,减震率随着PGA增大而降低,隔震支座顶部加速度响应为振动台台面的28.10%-78.01%;隔震支座实际残余位移在不同地震动类型、地震动强度下均小于设计值,通过调节摩擦阻尼器、弹簧的参数,残余位移可控;文物滑动、倾覆现象与计算结果相符,隔震支座可防止文物在地震作用下产生倾覆,必要时仍需要采取传统抗震措施辅助;用于小型文物的隔震支座设计时应充分考虑减震率、隔震位移需求、支座变形能力限制和自复位能力,各个目标有时难以同时满足,需要取舍。     

基础隔震偏心结构地震反应影响因素分析

对基础隔震偏心结构进行了水平双向地震作用下的平-扭耦联地震反应分析,研究了上部结构偏心距、扭转与平动周期比和隔震层偏心距对结构地震反应的影响,分析表明,上部结构的偏心距和周期比对结构2个水平方向的地震反应的影响较小,而对上部结构角部最大层间位移和结构的扭转反应有较大影响;隔震层的偏心距对结构2个水平方向的地震反应有一定影响,对隔震层中隔震支座的最大水平位移和结构的扭转反应有显著影响.     

冲刷环境下跨海桥梁海陆地震动作用易损性对比研究

现有跨海桥梁抗震分析时仍选用陆地地震动而忽略了海底与陆地地震动间的差异,且处于海洋环境中的桥梁下部结构在长时间流水冲刷下桩周土体流失进而导致结构稳定性降低。本文以某跨海大桥引桥段为例,利用ABAQUS建立有限元计算模型,考虑桩土作用和动水压力等因素影响,采用概率地震需求分析方法对不同冲刷环境下陆地和海底地震动作用下的桥墩、支座进行易损性分析。通过绘制桥墩、支座超越概率易损性曲线和超越概率增幅柱状图研究桥梁关键构件在海、陆地震动和不同冲刷深度下的损伤发展规律。研究结果表明：海底地震动下桥墩对比陆地地震动作用下更易损坏,且随着土体局部冲刷深度增加,桥墩破坏概率持续提高;冲刷深度对桥墩纵桥向破坏超越概率影响更为明显,同等强度地震动激励下,桥墩纵桥向破坏超越概率高于横桥向。支座较桥墩在相同工况作用下更易发生破坏,海底地震动作用下其破坏超越概率增幅普遍高于陆地地震动;随着冲刷深度增加,支座破坏超越概率逐渐提高,且随着地震动强度的增加,相较于陆地地震动,海底地震动作用下支座破坏超越概率受冲刷深度的影响更加明显。     

大跨度拱塔斜拉桥减震隔震分析

大跨度斜拉桥在地震作用下往往会发生各种形式的破坏,如采用必要的减、隔震措施,能够保证桥梁在地震作用下维持特有的力学性能.本文基于大型有限元软件ANSYS为计算平台,利用各种不同的地震动输入以及弹簧单元模拟塔梁结合形式出发,探讨了塔梁结合形式的不同对于大跨度桥梁减震隔震的效果.最后结合工程实例表明,对于大跨度拱塔斜拉桥设置减、隔震支座进行地震反应分析,结果发现只要塔梁结合形式选择合适,就能起到明显的减震效果.     

大型渡槽智能隔震数值模拟

大流量渡槽上部结构质量很大,远大于一般桥梁的上部结构,在地震作用下,惯性力很大.为减轻地震作用,常采用隔震支座.但在地震作用下,隔震支座的位移可能过大,为了控制支座位移,采用磁流变阻尼器来进一步控制,形成所谓智能隔震控制.首先给出了某大型渡槽智能化隔震模型.智能隔震结构由隔震支座和磁流变智能阻尼器构成,然后对地震作用下的某大型渡槽进行时程分析.分析数据表明,智能隔震模型能有效减轻地震作用,同时又不会让渡槽槽身侧向位移太大,保证了槽身和支座的安全.