塔梁间设置BRB跨海斜拉桥减震约束体系及其地震反应

提出在塔(墩)梁间设置防屈曲支撑(BRB)的斜拉桥耗能减震新型结构约束形式。以某跨海斜拉桥为工程背景,建立包括全漂浮体系、塔(墩)梁间设置黏滞阻尼器,以及塔梁间设置BRB的三类斜拉桥模型。通过比较不同约束方式斜拉桥结构在地震作用下桥塔的位移与弯矩反应,关键位置的相对位移与内力,以及耗能装置的滞回耗能响应等,确定设置BRB跨海斜拉桥新型减震约束体系的地震反应性态。研究发现斜拉桥结构设置黏滞阻尼器可以有效地减小支座以及塔(墩)梁间的相对位移,对塔顶相对于塔底的位移也有较好的控制,但明显增大了塔底及桥墩的弯矩。而设置BRB的斜拉桥结构可以大幅度降低塔(墩)底的弯矩,并且表现出了良好的耗能能力。     

斜拉桥面相对高度对粘滞阻尼器减震效果影响研究

由于地震响应特性对斜拉桥结构影响较大,在塔梁之间合理设置粘滞阻尼器可改善斜拉桥抗震性能。而目前研究多针对具体工程未考虑斜拉桥面相对高度对粘滞阻尼器减震效果影响。以某斜拉桥为模型,通过改变其下塔柱高度改变斜拉桥面相对高度,并系统分析桥面相对高度对斜拉桥粘滞阻尼器减震效果影响。研究表明,桥面相对高度对粘滞阻尼器最优参数及最优减震效果均有较大影响。     

设置纵向大型液体粘滞阻尼器的大跨斜拉桥主梁纵向运动阻尼水平研究

大跨斜拉桥减震耗能的一种典型应用是塔梁间设置纵向大型液体粘滞阻尼器,其参数选取以有效率的限制地震荷载作用下的主梁纵向位移以及改善主要构件地震力为目标。大跨斜拉桥的一阶纵飘振型处于长周期,远离场地卓越周期,此时主梁纵向位移响应对阻尼水平的增加不敏感。此种设计思路很可能导致阻尼器设计参数过大,从而为主梁纵向运动提供过大的阻尼水平。基于现有研究,采用单自由度评价模型及相应的等效阻尼比为评价参数。以某大型斜拉桥为典型工程实例,以全桥模型有限元分析与单自由度评价模型地震反应分析对比验证评价模型的可靠性,并以等效阻尼比和主梁纵向自由振动揭示塔梁间设置大型FVD为主梁纵向运动提供了超高水平阻尼比的现象。此种应用突破了FVD常规应用中的附加阻尼比界限,也改变了主梁的动力边界条件。     

调液阻尼器对偏心结构扭转耦联振动控制的试验研究

通过振动台试验来验证调液阻尼器对偏心结构扭转耦联振动反应的减振效果及理论分析的正确性。设计了一个二层的单向偏心钢结构模型,在结构的顶层放置一个调液柱型阻尼器（TLCD）和一个环形调液阻尼器（CTLCD）并对其参数进行优化设计,在振动台上,分别对结构无控时的反应和设置调液阻尼器后的反应进行试验研究。通过分析结构模型在地震波作用下的加速度和位移响应,结果表明,调液阻尼器能有效抑制结构的在地震作用下的扭转耦联振动,而且同时设置TLCD和CTLCD的减振效果要好于单独采用TLCD或CTLCD时的减振效果。     

斜拉桥在地震与列车荷载同时作用下的动力响应分析

为探讨在地震荷载作用下斜拉桥-列车系统的动力响应行为,运用桥梁结构动力学与车辆动力学的理论方法,通过车-桥耦合系统在地震动和轨道不平顺激励下的振动分析模型及相应的仿真计算程序,以跨越长江的武汉天兴洲公铁两用斜拉桥方案为研究对象,对在典型地震波激励下列车过桥的全过程进行了模拟。结果表明,地震对斜拉桥上运行列车的安全性有重要影响。     

随机车流制动状态下斜拉桥黏滞阻尼器振动控制研究

为了研究随机车流制动状态下斜拉桥的结构纵向响应以及黏滞阻尼器的振动控制效果,结合采集的交通荷载数据与交通流关键参数统计,建立3种车流密度的随机车流模型。其次基于车-桥系统耦合关系,利用改进折半查找法确定单主梁模型车辆荷载加载方法,编制单主梁模型车-桥耦合分析模块。通过建立的随机车流制动模型,对斜拉桥制动工况下结构纵向响应、纵向黏滞阻尼器振动控制效果和制动影响因素进行分析。结果表明:随机车流制动工况下,会产生相反方向的制动响应,且桥梁结构响应大于正常随机车流;纵向黏滞阻尼器可有效控制结构纵向位移,速度指数α越小,阻尼系数C越大,控制效果越突出,控制效率最大可达到90%左右;桥梁后半段制动响应和制动系数明显大于前半段的制动响应;制动车道越多,制动响应和制动系数越大;对于车流密度,制动产生的响应和制动系数大小规律为——密集流适中流稀疏流。     

风和车流作用下悬索桥纵向减振及阻尼器参数优化EI北大核心CSCD

为了对运营阶段风和车流作用下大跨公路悬索桥进行纵向减振并对阻尼器进行参数优化,通过在已有的风‑车‑桥耦合振动分析系统中引入液体黏滞阻尼器单元,建立了随机风‑车流‑悬索桥分析系统。以一座典型山区大跨悬索桥为工程背景,采用建立的分析系统对比分析了布置阻尼器前后加劲梁在随机风和车流作用下纵向振动的时频特性。在此基础上,进行了阻尼器的参数敏感性分析,研究了阻尼器参数的不同取值对加劲梁位移和塔底内力的影响规律。以优化全桥结构受力、降低纵向振动响应为目标,采用响应面法对阻尼器的参数进行了优化分析。研究表明:对于风、车流荷载单独以及联合作用下的加劲梁纵向振动,阻尼器均能有效降低纵向振动的幅值;但能否降低纵向振动的频率取决于纵向振动中主频的成分。设置液体黏滞阻尼器后,风、车流荷载单独或者联合作用下,加劲梁纵向位移极值和纵向累积位移均随着阻尼系数的增大和速度指数的减小呈减小趋势。此外,不同荷载工况下液体黏滞阻尼器对塔底纵向弯矩的影响规律不同:在风荷载单独作用下,阻尼器会增加塔底纵向弯矩。优化后的液体黏滞阻尼器参数建议取值区间为:阻尼系数宜取500-700 kN/(m/s)^(α),速度指数宜取0.3-0.5。     

单索面矮塔斜拉桥的动力特征参数研究

结合小西湖双塔三跨单索面矮塔斜拉桥地震荷载作用下的结构动力反应,引入“斜拉索动力荷警效应暨响度”的概念定量分析了矮塔斜拉桥斜拉索在地震荷载下的实质作用,并据此提炼出能综合反映矮塔斜拉桥结尊翌考譬征的参数——“矮塔斜拉桥动力特征参数”;用“斜拉索动力荷载效应影响度”与“矮塔斜拉桥动力特征参数”的相关性定量描述矮塔斜拉桥的动力特点,对进一步认识矮塔斜拉桥的动力性能有一定的参考意义。     

粘滞阻尼器对空间桁架结构减震作用研究

为研究粘滞阻尼器对大跨空间桁架结构减震控制作用,在某体育馆屋盖不同部位设置粘滞阻尼器,输入三向地震波进行时程分析。以屋盖结构水平向位移、加速度及构件内力为减震控制目标,计算分析表明,设置粘滞阻尼器能有效抑制结构在地震作用下响应;屋盖结构均匀布置阻尼器较集中布置减震效果好;结构减震效果不随阻尼系数的增大而线性提高,且存在较优值范围;不同地震烈度下粘滞阻尼器对空间桁架结构减震控制均有明显效果;粘滞阻尼器在不同地震波输入时滞回曲线均较饱满,呈现典型速度相关型阻尼器特征。研究结果对粘滞阻尼器用于大跨空间结构减震控制具有一定参考价值。     

大跨径斜拉桥横向合理抗震体系研究EI北大核心CSCD

为探究地震作用下斜拉桥横向合理抗震体系。以一座大跨径斜拉桥为例,提出了3种横向抗震体系布置,即横向全限位体系、横向滑动体系以及横向布置钢阻尼器的减隔震体系,建立非线性动力有限元模型,并采用非线性时程法对这3种抗震体系的横向地震响应进行了对比分析。结果表明:大跨径斜拉桥横向采用减隔震体系可以很好地控制结构的横向内力和变形,减隔震效果较好;在此基础上,继续研究了此体系钢阻尼器布置在主塔处、主塔和过渡墩处、主塔和过渡墩及辅助墩处3种布置方案下结构的横向地震响应规律,从中选择最优布置,并进一步对其布置参数进行分析。结果表明:大跨径斜拉桥横向在主塔和过渡墩处设置钢阻尼器,辅助墩处设滑动支座,且主塔和过渡墩处的钢阻尼器屈服强度之比为0.6~1.2时,结构横向抗震性能最优。该研究关于斜拉桥横向抗震设计的研究方法、体系布置方案,可为实际斜拉桥横向抗震体系的设计提供参考。     

高烈度区连续梁桥减震的粘滞阻尼器参数分析

连续梁桥应用广泛,其损害占据桥梁工程地震灾害中的重要部分,有必要对连续梁桥进行专门的抗震设计,而安装粘滞阻尼器是改善桥梁结构抗震性能的有效手段之一。本文以位于地震高烈度区的太白大桥为例,通过有限元计算研究了设置粘滞阻尼器对预应力混凝土连续梁桥地震响应的影响,并重点针对阻尼器的阻尼系数和速度指数进行了参数分析。结果表明：设置阻尼器后,固定墩墩底弯矩、边墩主梁相对位移都显著减小;各墩受力更趋均匀;阻尼器阻尼力随阻尼系数C增大而增大,随速度指数α增大而减小。所得结论可供高烈度区连续梁桥的减震设计参考。     

高层钢-混凝土组合门式结构消能减震体系模拟地震振动台试验研究

对一幢复杂高层钢-混凝土组合门式结构消能减震体系的1/30缩尺模型进行了模拟地震振动台试验,深入研究了该结构的动力特性和地震反应特征,通过比较验证了粘滞阻尼器的减震效果。结果表明:结构整体空间作用显著,两座塔楼之间扭转反应较大。有、无阻尼器结构的各项反应基本满足抗震规范的要求;从平均意义上讲,阻尼器对整体结构的位移反应有一定的控制效果,对结构高空连廊的位移和两座塔楼之间的扭转反应控制效果较好。     

三维地震动作用下曲线连续梁桥减震控制研究

为了减少双支承曲线梁桥的地震破坏效应,提出了利用液体粘滞阻尼器进行曲线梁桥减震控制的方法,建立曲线连续梁桥的空间有限元模型和动力仿真模型,在桥梁墩台活动支座部位设置切向和径向液体粘滞减震装置,输入三维地震动计算分析了桥梁主动控制、半主动控制和被动控制三种减震方法的减震效果。结果表明,曲线梁桥的地震反应表现出显著的纵桥向与横桥向的耦合特性,在减震控制计算时必须同时输入三维地震动并设置纵横向减震装置。粘滞阻尼器能够控制曲线梁桥内外墩的内力趋于接近,三种减震控制方法均能有效地减小曲线梁桥的梁端位移和固定墩墩底内力,且三种方法的减震效果和地震反应时程的差别均相对较小,主动控制和半主动控制没有表现出明显的优越性,建议在实际曲线梁桥的抗震减震设计中应用粘滞阻尼器被动控制。     

使用板式橡胶支座连续梁桥主梁位移控制

为改善使用板式橡胶支座连续梁桥的抗震性能,通过附加黏滞阻尼器进行组合减隔震设计,采用复模态、近似实模态分析方法,研究结构地震响应及阻尼特性。结果表明:黏滞阻尼器提供的附加阻尼能有效降低梁体位移,但同时也导致桥梁具有非经典阻尼特性,主梁位移受非经典阻尼影响较小;黏滞阻尼器能明显提升结构阻尼水平,为有效控制梁体位移,应考虑黏滞阻尼器的合理布设位置,多墩布置优于单墩布置。     

动水压下减震连续梁桥随机优化及减震性能研究

地震作用下,跨海桥梁桥墩和周围水体的动力相互作用将对桥梁结构的动力响应产生较大影响。建立了考虑动水压力的2自由度连续梁桥简化分析模型,推导了其组合刚度和附加质量;提出了以墩顶位移方差最小为目标的黏滞阻尼器参数随机优化的Lyapunov方法。在此基础上,通过对设置黏滞阻尼器的某跨海连续梁桥简化模型进行了阻尼器参数优化,研究了动水压力和地震耦合作用下连续梁桥的减震性能。研究结果表明:动水压力增大了桥梁的地震反应,对桥梁的动力响应特性有较大影响。采用黏滞阻尼器可有效减小跨海连续梁桥的地震反应,改善桥梁结构抗震安全性能。     

粘滞流体阻尼墙对平面不规则结构的扭转效应控制研究

平面不规则结构由于平扭耦联会使边界处的位移较规则结构增大很多,而给结构配置阻尼器是减小平面不规则结构边界位移的有效途径,该文将耗能效率较高的粘滞流体阻尼墙应用于控制平面不规则结构的扭转响应,研究阻尼墙控制结构扭转效应的机理及控制结构扭转的优化布置。将减震系统刚度矩阵转换到结构的质量中心,将配置阻尼墙后形成阻尼中心的阻尼矩阵转换到质量中心,从而建立可以考虑扭转效应和附加阻尼位置效应的非线性运动控制方程,并根据响应结果推导出结构位移比的表达式;利用运动方程研究阻尼中心的位置、阻尼力的大小、阻尼参数等对结构扭转效应的影响规律,结合结构位移比的表达式提出阻尼墙的平面配置原则和最优阻尼参数的取值方法。以某L型高层建筑为工程背景,根据上述原则配置阻尼墙并选取阻尼参数,并对减震体系在最不利地震动输入方向上进行非线性时程分析,分析结果表明通过合理配置粘滞阻尼墙,L型结构的扭转响应得到了有效的控制,结构最大边界位移和位移比大大降低。该研究结果为采用阻尼墙控制不规则结构扭转效应提供了基本原则和方法,并为不规则结构的减震设计提供有益的借鉴和参考。     

Seismic response analysis of a double-deck long-span cable-stayed bridge under multi-support excitations

In this article, the effect of earthquake ground motions, especially spatially varying motion, on the seismic response of a long-span double-deck cable-stayed bridge is investigated. Static and dynamic response analyses, with the focus on internal forces on web members, are carried out on the Shanghai Minpu Bridge which is the longest long-span double-deck cable-stayed highway bridge. Firstly, a program for the generation of multi-ground motions has been developed, based on the multivariate stochastic processes of the weighted amplitude wave superposition method in FORTRAN. Secondly, a refined finite element model composed of beam and shell elements and a simplified model using equivalent beam elements to model girders of the bridge are established in ABAQUS. Geometrical nonlinear static analysis is performed to get initial equilibrium configuration of the bridge for both the above models. Modal analysis is carried out on the initial equilibrium configuration and the natures of mode shapes for the refined model are discussed in detail. The dynamic response analyses under two groups of uniform seismic excitation indicate that the two models result in approximately identical results. Thirdly, the effect of nonlinear viscous dampers, located between the tower and the girder, on movement due to seismic excitation is investigated on the simplified model under uniform excitation. Results show that the dampers magnify the shear force and moment on lower tower columns in the longitudinal direction, but have relatively small effect on the upper tower columns. The shear force and moment of the tower base increase with the damping coefficient in a certain range. Finally, the characteristics of internal force for towers, subsidiary piers, and web members (vertical and oblique web members and side oblique chords) under multipoint excitation are examined. It is concluded that the abrupt changes on the shear envelope curves at the intersection of the tower column and the lower transverse beam are aroused due to the eight nonlinear fluid viscous dampers. The lateral moment of the subsidiary piers increases with the distance from the tower to subsidiary piers. The maximum axial forces of web members of side-span vary acutely, especially those of the vertical and oblique members close to the piers. For side oblique chords, the maximum axial force is uniformly distributed with the exception of members at the piers and the mid-span sections. Therefore, attention should be paid to the fluctuation forces of cables in seismic analysis of long-span cable-stayed bridges, since the uplift of girder ends may cause severe damage to bridges.     

附设粘滞阻尼器的传统风格建筑钢结构双梁-柱节点动力试验研究

将减震技术应用到传统风格建筑钢结构中,在梁-柱节点位置以粘滞阻尼器替代“雀替”。设计了三个传统风格建筑钢结构双梁-柱节点,包括两个附设粘滞阻尼器的节点试件和一个无阻尼器的对比节点试件,模型比例均为1∶2.6。通过周期性动力加载试验研究了滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力以及刚度退化等抗震性能指标。试验结果表明:附设粘滞阻尼器的传统风格建筑钢结构节点试件的滞回曲线更加饱满,耗能能力优于无阻尼器的对比节点试件,峰值荷载相比提高了34%~46%;各节点试件的位移延性系数介于1.79~1.96,表明附设粘滞阻尼器对节点试件位移延性系数的影响较小;有控节点的等效粘滞阻尼系数是无控节点的1.1~1.5倍,说明设置于梁-柱节点处的粘滞阻尼器发挥了良好的抗震性能。     

粘弹铅芯阻尼器在控制输电塔风振反应中的应用

以晋东南~南阳~荆门1000kV输电线路中最常用输电塔为例,为高柔的风敏感结构,有必要对其抗风性能进行分析。以此为工程背景,采用了双层粘弹性材料和铅组合的粘弹铅芯阻尼器进行风振控制。为了不削弱塔杆,将粘弹铅芯阻尼器平行于角钢并联安装于塔杆上,对其具体构造进行了初步地设计。然后根据本工程输电塔的特点,对单塔和塔线耦合体系采用7种方案进行粘弹铅芯阻尼器的布置。编制了风速模拟程序,模拟了适用于本工程的横线向脉动风速场。采用时程分析方法,针对7种阻尼器布置方案计算了单塔和塔线耦合体系在模拟的风荷载作用下的风振响应,进行了时域内的控制效果分析。计算结果表明,所设计的控制系统达到了很好的减振效果,为将来的试验和安装提供了较为准确的理论依据。