斜拉桥横向减震振动台试验

为了研究弹塑性阻尼器对斜拉桥横向地震反应的减震效果,以一座独塔斜拉桥为研究对象,设计了1∶20大比例缩尺的全桥振动台模型,采用一条远场波和一条近场波作为地震输入,对该模型进行了全桥横向振动台试验。试验结果表明,与塔梁、墩梁横向固定连接相比,塔梁、墩梁横向采用弹塑性阻尼器连接能有效减小桥塔横向地震响应,如在远场和近场地震输入下,塔底截面钢筋应变分别最大减小了40%和10%;但在近场地震输入下,弹塑性阻尼器变形约为远场地震输入时的3.6~4.6倍,加载完成后产生明显的残余变形。通过对比数值和试验结果可知,数值结果与试验结果较接近、吻合较好。     

设置自复位耗能支撑的斜拉桥横向抗震性能研究

为减小斜拉桥横桥向的地震响应,提出一种设置预压弹簧自复位耗能支撑的斜拉桥横向减震体系及支撑参数的设计方法。以一座斜拉桥为研究对象,对支撑参数进行了设计,并对塔梁固结体系和采用支撑的减震体系进行地震时程分析,从关键位置的地震响应、耗能能力等方面对支撑体系的抗震性能进行了研究。结果表明,横桥向采用预压弹簧自复位耗能支撑的斜拉桥减震体系利用支撑良好的滞回耗能特性,有效减小桥塔位移和应变,改善桥塔受力,减小主梁的残余位移。附加预压弹簧自复位耗能支撑对斜拉桥地震响应有良好减震控制效果,是一种合理的抗震体系。     

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。     

弹塑性索和黏滞阻尼器系统用于斜拉桥横向减震分析

旨在研究弹塑性索对与黏滞阻尼器组合减震系统用于大跨度斜拉桥横向抗震设计作用。依据Caltrans规范构建了弹塑性索对的非线性本构关系,基于永宁黄河大桥弹性索对与黏滞阻尼器组合减震系统设计,通过调增地震波幅值,使弹性索进入塑性状态并分析结构响应。研究结果表明:容许拉索进入塑性可以显著增加其变形能力,进而提高整个结构应对强震作用的能力;与塔梁固定的常规体系相比,引入弹塑性索与黏滞阻尼器组合体系可以大幅降低主塔塔底弯矩及主梁加速度响应;与理想弹性索对工况相比,采用弹塑性索对虽然会导致较大的主梁残余位移,但对于控制最大索力和改善主梁加速度响应效果明显,同时塔梁、墩梁最大相对位移和塔底弯矩基本不变。     

弹塑性钢阻尼器用于大跨度CFST拱桥的减震控制研究

弹塑性钢阻尼器具有良好的减震效果,但目前的研究和应用主要集中在房建领域。本文以主跨368m的茅草街大桥为研究对象,进行了弹塑性钢阻尼器用于大跨度钢管混凝土拱桥地震响应的减震控制研究,采用非线性时程分析法进行了阻尼器关键参数的敏感性分析,研究了不同屈服荷载、不同弹性刚度及不同空间布设阻尼器的减震效果,最后重点分析了行波效应对弹塑性钢阻尼器减震效果的影响。结果表明,对于该中承式钢管混凝土系杆拱桥,弹塑性钢阻尼器的减震效果明显;综合考虑各部位的地震响应,在主梁各支承间均匀布设阻尼器为最佳布置方式;考虑行波效应后,阻尼器的减震效果更佳。     

塔梁连接方式对大跨斜拉桥地震反应的影响

探讨了塔梁连接方式对大跨斜拉桥地震反应影响的主要规律。对一座斜拉桥实例,利用反应谱分析法对塔梁之间采用弹性连接方式的斜拉桥地震反应进行了参数研究,详细分析了弹性索刚度变化引起斜拉桥地震反应影响的力学机理。利用非线性时程分析法对塔梁之间采用阻尼器连接的地震反应进行了参数研究,总结了阻尼器参数变化对斜拉桥地震反应的影响规律。此后,针对弹性索与阻尼器联合使用的方式进行了参数研究,总结了三种参数变化对地震反应的影响。综合比较各种塔梁连接方式的减震效果表明：在本文研究范围内单独使用阻尼器是大跨斜拉桥减震的最优连接方式。     

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。     

用于斜拉桥横向的新型油阻尼器减震性能研究

为解决斜拉桥横向塔-梁固结体系导致地震响应过大的问题,兼顾斜拉桥横向抗风、隔震需求,研制了一种刚度可变的新型油阻尼器。论述了新型油阻尼器的工作原理,建立其恢复力模型并通过单轴动力试验进行验证;以两座斜拉桥为例,对比了新型油阻尼器与已有两种金属阻尼器的减震性能。结果表明:所建恢复力模型可准确模拟新型油阻尼器的力学行为,新型油阻尼器活塞滑动前刚度较高,活塞滑动后刚度为0;与两种金属阻尼器相比,新型油阻尼器具有更低的等效刚度和更高的耗能能力,更大幅度降低两座斜拉桥的梁端位移与塔底弯矩。     

多塔斜拉桥风致抖振响应的粘滞阻尼器控制研究

以六塔斜拉桥型的嘉绍大桥为工程背景,基于ANSYS瞬态动力学分析功能进行了嘉绍大桥风致抖振响应的非线性时域分析,在此基础上研究了采用粘滞阻尼器的多塔斜拉桥结构减振控制效果。研究结果表明:1) 多塔斜拉桥主梁和桥塔风振控制存在最大减振率,阻尼指数α愈小,最大减振率对应的阻尼系数c也愈小;2) 嘉绍大桥主梁跨中处设置刚性铰使主梁横桥向抖振响应显著增大,设置粘滞阻尼器后主梁中跨横向位移的最大减振率达到近50%;3) 嘉绍大桥采用次边塔与主梁固结的部分约束体系,使得次边塔的塔底内力明显大于其余塔的塔底内力,设置粘滞阻尼器后次边塔塔底内力的最大减振率达到近55%;4) 设置粘滞阻尼器使得多塔斜拉桥各塔和各梁跨的风振响应幅值趋于一致。因此,对于抖振响应相对较小的塔和梁跨其减振效果相对较小。     

矮塔斜拉桥地震损伤试验研究

为研究矮塔斜拉桥的纵桥向地震损伤发展过程,以一座典型的塔梁墩固结体系三塔矮塔斜拉桥为原型桥梁,设计、制作了缩尺比为1∶20的全桥振动台试验模型,并采用El Centro波和场地人工波作为地震动输入对试验模型进行纵桥向振动台试验,观测各试验工况下的试验模型地震损伤情况。结果表明,塔梁墩固结体系矮塔斜拉桥的地震损伤主要出现在主墩的墩底、墩顶部位,而主塔基本保持弹性。随着地震损伤发展,结构自振周期和阻尼比逐渐增大,损伤情况逐步加剧;最终,主墩墩底部位发生严重损伤,核心混凝土压溃。     

强震区中等跨度斜拉桥抗震体系研究

在高地震烈度区,中等跨度斜拉桥选择合理的抗震约束体系,对优化结构抗震性能具有较好的效果。以跨径布置(100+240+100)m的斜拉桥为工程案例,对四种不同的横桥向约束体系进行模态分析、非线性时程分析,并比较了过渡墩的三种约束方案对桥梁整体抗震性能的影响,结果表明在横桥向设置弹塑性约束装置可大幅降低结构地震响应;此外,对弹塑性约束的力学参数F_y、K_1和K_2进行了敏感性分析,得到了结构地震响应的变化趋势,并给出了参数设计的建议。基于理论分析结论,在不同地震水准下,对弹塑性约束装置的工程应用提出了三道抗震设防防线的设计思路,为中等跨度斜拉桥抗震体系的选择提供参考。     

拉索局部振动对斜拉桥地震响应的影响研究

拉索作为大跨度斜拉桥的主要承重构件,横向刚度较小,在地震荷载作用下容易发生索-梁和索-塔耦合振动,对斜拉桥的能量分布和阻尼特性产生较大影响,在斜拉桥地震响应计算中有必要考虑拉索的局部振动影响。根据子结构原理和自由度凝聚的方法,在斜拉桥动力特性和地震响应分析中可以考虑拉索的局部振动,并编制了三维有限元程序,对拉索局部振动的影响进行了研究。结果表明,考虑拉索局部振动时,斜拉桥纵向振型的参与系数有不同程度的减小,主梁和桥塔的加速度、位移、弯矩和轴力增大非常显著,短索的纵向位移减小,而长索的纵向位移增大,拉索脉动张力显著增大,拉索位移和张力时程出现拉索局部振动干扰的现象。     

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.     

基于智能阻尼器的大跨度斜拉桥多支承激励地震振动控制

以磁流变阻尼器作为控制装置,采用Clipped-Optimal控制算法,分析Benchmark斜拉桥在受到多点地震激励下的半主动控制效果;分析了同一主动控制系统在控制斜拉桥分别受到一致激励和多点激励情况下的控制效果,并与半主动控制效果进行了比较。由于磁流变液阻尼器为可控制耗能装置,并不增加受控体系的机械能,在本质上可以保证控制系统的稳定性。数值分析表明:该半主动控制策略可以取得与主动控制相当的控制效果,甚至在某些方面还超过主动控制系统,因此,磁流变阻尼器可以有效地控制受到多点激励的大跨度斜拉桥地震振动。     

近场地震作用下组合横梁桥塔的悬索桥地震响应研究

在近场地震作用下,为减小桥塔塔身弯矩,悬索桥桥塔创新性地设置波形钢腹板横梁。以大渡河大桥为研究对象,基于横梁拟静力试验数据,建立结构动力数值计算模型并输入不同类型的近场地震动计算结构的地震响应,探究采用波形钢腹板横梁悬索桥的优势和近场效应对结构响应的影响规律。研究表明:采用波形钢腹板横梁的桥塔有自重轻、刚度小的优势,更符合强柱弱梁和强剪弱弯;在高烈度的近场作用下,以波形钢腹板横梁的延性作为抗震策略是合理的。脉冲效应对本桥响应影响较大,因此建议此类型桥梁应重视近场脉冲效应;而上盘效应对本桥的响应小于无近场效应的地震动,故处于上盘的桥梁是更安全的;在横向地震激励下,近场脉冲效应对主塔的位移和弯矩影响较大。     

粘滞阻尼器对地震、列车制动和运行作用下公铁两用斜拉桥振动控制效果分析

以一公铁两用斜拉桥为背景,首先利用非线性动力时程分析方法,基于结构地震反应进行粘滞阻尼器参数敏感性分析,选取粘滞阻尼器合理参数。在此基础上,研究了列车制动和运行作用下不同塔梁连接方式对结构动力响应的影响,探索了塔梁间设置粘滞阻尼器对抑制列车制动和运行引起梁体纵向振动的效果。结果表明:塔梁间设置粘滞阻尼器不仅能有效降低结构地震反应,还可以有效抑制列车制动及运行作用下斜拉桥主梁纵向振动及改善桥塔动力响应。     

应用碳纤维索的斜拉桥地震响应分析

以在建的杭州湾跨海大桥北航道桥为对象,采用强度等效的原则将原桥的钢丝索替换成碳纤维索,利用能考虑拉索局部振动的斜拉桥地震响应分析程序,分析比较了同一地震荷载作用下碳纤维索斜拉桥与钢丝索斜拉桥的振动特性及地震响应差异,并探讨了引起差异的根本原因。结果表明:索桥耦合振动是引起两种拉索斜拉桥的振动特性和地震响应存在差异的根本原因,碳纤维索的自振频率高,发生索桥耦合振动的可能性低于钢索斜拉桥,同一地震荷载作用下碳纤维索斜拉桥的地震响应要较钢丝索斜拉桥有不同程度的降低。     

双链式悬索桥地震反应特征研究

双链式悬索桥采用钢加劲梁和钢筋混凝上索塔,使得阻尼在全桥中呈非经典阻尼耗能特性,导致主坐标系中的运动方程耦联。基于复阻尼理论求解等效粘滞阻尼比,以近似描述非经典阻尼体系的阻尼耗能特性。考虑几何非线性及非经典阻尼因素,对一座双链式悬索桥进行了地震反应谱和时程反应分析。引入主缆形状系数,将单链式悬索桥作为双链式悬索桥的特例,就同跨度同矢高的双链式悬索桥和单链式（普通式）悬索桥地震反应进行对比分析,揭示双链式悬索桥地震反应特征。双链式悬索桥地震反应特征的研究对该类桥设计选型、动力性能评估及抗震加固设计都有重要的工程意义