墩底自复位减隔震连续梁桥地震碰撞响应研究

针对连续梁桥一般只设置一个固定墩,抗震设计难以满足实际需求。提出一种新型墩底自复位减隔震结构,通过振动台试验和有限元模拟研究墩底自复位减隔震结构的减震效果,并以典型铁路三跨连续梁桥为例,探讨墩底自复位减隔震结构对连续梁桥主桥与引桥之间的碰撞影响,分析场地类型、墩高以及地震加速度峰值等对碰撞响应的影响。结果表明:墩底自复位减隔震结构具有良好的减震效果,但有可能增大主桥与引桥之间的碰撞响应;场地类型和墩高对墩底自复位减隔震结构的减震效果影响较大,随着场地由I类场地向IV类场地变化和墩高的增加,墩底自复位减震结构的总体减震效果越明显。     

多阶适时控制连接装置设计参数分析EI北大核心CSCD

为明确MTC装置力学性能及设计参数影响的一般规律,针对力学性能开展拟静力试验研究,并采用有限元模型进行验证分析,在此基础上基于正交试验设计开展MTC装置初始刚度参数影响显著性分析,并探究MTC装置初始刚度在显著性参数影响下的变化规律。结果表明,考虑装配间隙调整后有限元与试验所得连接刚度较为一致,所建有限元模型可反映MTC装置连接刚度实际变化情况;MTC装置初始刚度参数影响显著性顺序为耗能挡板高度、厚度、短底边长度、长底边长度、挡板间距;耗能挡板高度、厚度及短底边长度为影响MTC装置初始刚度的显著性参数,利用MTC装置进行连续梁桥抗震设计时可适当改变三者取值对装置初始刚度进行调整,以实现理想减震效果。     

考虑支座及限位装置非线性的接触摩擦单元模型

在连续梁桥活动墩上设置限位装置后,活动墩处将包含活动支座的摩擦及限位装置的接触碰撞两种非线性,综合摩擦单元及接触单元的特性,分别考虑接触单元的弹性及弹塑性情况,提出了接触摩擦单元的有限元模型,给出了接触摩擦单元的滞回曲线,针对卸载曲线的不同状态,分别推导出了其卸载刚度;利用接触摩擦单元对设置有分散抗震挡块及活动摩擦支座的连续梁桥进行了非线性地震反应分析,对挡块在降低连续梁桥固定墩地震反应上的分散抗震作用进行了研究,该接触摩擦单元可用于设置有防落梁装置及活动支座桥梁的较为细致的抗震分析模型。     

连续梁桥锁死销减震机理及影响参数研究

连续梁桥为满足温度荷载引起的变形需求,一般只设一个固定墩,这致使在地震作用下上部结构的纵向地震荷载只由固定墩承担,这极易引起固定墩和伸缩缝破坏,甚至造成引桥落梁。针对这一问题,提出利用滑动墩的抗震潜能,协同固定墩共同承受地震作用的思想,研发了一种以地震动加速度激活的锁死销装置,通过在墩梁间设置锁死销实现在地震时限制滑动墩和梁体的相对位移,使滑动墩和固定墩协同受力,减小结构的整体地震响应,并以具体工程为例,分析了锁死销的减震原理及其参数对减震效果的影响。研究表明,在滑动墩上设置锁死销可以有效地减小固定墩和梁体的纵向地震响应,明显提高连续梁桥的整体抗震性能;其减震效果受锁死销加速度激活阀值和锁死间隙等参数影响较大。     

曲线连续梁桥不同减隔震方案对比分析

采用减隔震装置可有效减小连续梁桥的地震反应。选取一曲线连续梁桥,根据该桥的地震反应特点,分别采用铅芯橡胶支座、黏滞阻尼器、摩擦摆支座三种减隔震装置进行减震控制。通过动力非线性时程分析,对比了三种减震装置的减震效果,发现铅芯橡胶支座和黏滞阻尼器对边墩的墩底切向反力有放大作用,摩擦摆支座对主梁位移有放大作用;三种单一的减震措施难以完全满足该曲线连续梁桥减震控制要求。为此在单一的减震措施基础上进行改进,形成混合减震控制方案。分析表明,改进的混合减震措施可以弥补单一减震措施的不足,取得良好的减震效果。     

连续梁桥质量转动缠绕索装置振动台试验

为发挥活动墩的抗震潜能,提升连续梁桥纵向整体协同受力效果,基于功能分离与协同受力原理,提出一种质量转动缠绕索装置。以一典型三跨连续梁桥为例,通过以不同地震频谱特性和地震强度的实际地震波作为激励的振动台试验,分析各类地震作用下等墩高模型和不等墩高模型结构关键位置的地震响应的变化规律。从桥墩墩顶加速度响应、位移响应和墩底应变响应等结构关键位置的试验结果可以看出,装置对于增强活动墩参与连续梁桥纵向整体协同受力的效果较为明显,且随着地震动输入强度的增加,装置的协同作用越发凸显。同时,装置的作用效果与装置本身的缠绕圈数、活动墩的墩高等因素有关,设计时需要根据结构墩高的不同确定装置的合理设计参数,以实现装置的最佳应用效果。     

基于黏滞阻尼器的连续梁桥减震控制振动台试验研究

目前国内外高烈度设防区域的很多桥梁均安装了黏滞阻尼器用于减震控制,其设计与布置均依据动力弹塑性理论分析和数值模拟,不仅缺乏振动台试验的验证,同时减隔震桥梁经历地震考验的相关工程实例也很少。设计并制作了孔隙式黏滞阻尼器,通过循环往复加载试验获得了其滞回曲线,进而将其安装在一座连续梁桥缩尺模型上进行了振动台试验,通过试验验证了其减震控制效果。试验结果表明:黏滞阻尼器的阻尼力随着频率的增大而增大,实测滞回曲线接近于椭圆;黏滞阻尼器对连续梁桥固定墩墩底应变和墩顶位移及活动支座的纵向位移响应均有良好的减震控制效果,不同地震波输入下的减震率有所不同,最大减震率达到50%以上。     

TVMD的减振机理及其提升连续梁减震性能的研究

TVMD(Tuned Viscous Mass Damper)是一种能将实际质量放大上千倍,且能利用惯性力和调谐效应的新型减振装置。为有效提升连续梁桥的减震效果,研究采用空间分布的TVMD实现连续梁减震的优化设计和高效性能。先以TVMD对单自由度结构减震为例,探究TVMD在调谐频率处的高阻尼效应,及其附加刚度对结构动力特征的影响机制,揭示针对多个TVMD开展同步设计的必要性;进而建立连续梁桥多自由度精细模型,采用基于H2性能的梯度优化法实现多个TVMD的参数优化;分别基于连续梁桥纵、横向减震时的典型状态,实现空间分布且可能对多阶模态调谐的TVMD的优化设计,就连续梁桥的稳态谐振响应以及不同谱特性的地震波输入时的地震响应开展减震分析,阐明了TVMD相对于VD(Viscous Damper)减震时的高效性能。     

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。     

组合结构桥梁抗震潜力及性能研究

针对钢-混凝土组合结构桥梁与普通混凝土桥梁在质量和刚度上的显著区别,以某四跨连续梁桥为研究背景,通过建立简化单自由度分析模型,利用反应谱法计算结构地震需求,讨论了不同场地条件下结构质量、墩身刚度等因素对地震作用下结构地震响应的影响,并通过比较混凝土主梁+实心墩、组合结构主梁+实心墩和组合结构主梁+空心墩三种方案的地震响应,全面分析了组合结构桥梁地震作用下的抗震潜能。研究表明:组合结构桥梁方案可以有效降低结构的地震力需求,具有优越的抗震潜力及性能。     

地震动行波效应对连续梁桥纵向地震碰撞反应的影响

在等墩高的多跨连续梁桥中,虽然相邻联的基本振动周期完全相同,地震动的行波效应可能导致伸缩缝处相邻梁体间发生碰撞。采用接触单元模拟伸缩缝处相邻梁体间的碰撞,采用阻尼器来反映碰撞过程中的能量损失,应用非线性时程方法研究了地震动行波效应对连续梁桥纵向地震碰撞反应的影响。研究结果表明:地震动的行波效应在伸缩缝处相邻梁体间引起较大的相对位移,导致相邻梁体间发生碰撞,碰撞力的大小随表面视波速不同而不同。行波效应引起的伸缩缝处相邻梁体间碰撞,可能增大伸缩缝处相邻梁体间以及墩梁间相对位移,甚至造成上部结构在地震中发生落梁破坏,在连续梁桥的抗震设计与评估中,应该引起足够的重视。     

摩擦摆支座隔震铁路连续梁桥振动台试验研究

为研究地震下摩擦摆隔震支座在连续梁桥中的减隔震效果及动力行为,以某(24+32+24)m箱型等截面铁路连续梁桥为原型,进行了1/10缩尺模型的连续梁桥振动台试验。采用3组实测近场地震波进行纵竖向联合输入,观测桥梁试验中及震后损伤情况,并对桥梁位移、加速度及应变响应进行了分析。结果表明:不同近场地震下结构响应具有显著差异;随着地震波地面峰值加速度(PGA)增大,中墩纵向位移平均幅值小于边墩,且其增幅率远小于边墩盖梁;当PGA增大时,摩擦摆支座的隔震率更高,隔震效果更好;在0.5g地震作用下中墩仅出现少量细微裂缝,纵筋最大应变为786με远小于其屈服应变,说明桥墩未屈服,摩擦摆支座可以有效降低桥墩内力响应。     

考虑地震行波效应的高铁连续梁桥梁轨互制

为研究行波效应下高速铁路连续梁桥与无缝线路的非线性互制作用,采用带刚臂的梁单元模拟梁体,用非线性杆单元模拟梁轨间的互制作用,建立了考虑纵向和竖向地震动行波效应的梁轨相互作用模型。以我国沪昆线上某(60+100+60)m连续梁桥为算例,分析了轨道结构对梁体和墩台地震响应的影响,研究了纵向和竖向行波效应下钢轨和墩台的受力特点。研究表明：轨道的存在可提高系统基频,降低连续梁桥地震响应;但在地震动的行波效应下,钢轨纵向力最大值可达一致激励下的1.2倍;减小线路纵向阻力,增加桥墩刚度可减小地震作用下的钢轨应力;在检算钢轨时,还应累计竖向行波效应对钢轨受力的影响。     

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。     

近断层地震下大跨度铁路钢桁架拱桥减震技术研究EI北大核心CSCD

以我国某主跨400 m的铁路钢桁架拱桥为工程背景,采用低频速度脉冲叠加高频记录底波的方法合成近断层脉冲型地震动开展动力时程分析,研究了大跨度铁路钢桁架拱桥的响应特性及纵、横桥向减震技术。结果表明,近场脉冲型强震作用下,各构件的响应较未考虑脉冲效应时明显增大,交界墩墩底及横梁、引桥墩墩底等截面破坏严重,支座破坏严重,梁台存在碰撞风险。全桥布置摩擦摆支座可降低主拱应力,但无法有效控制桥墩弯矩响应,且会放大梁端位移;“摩擦摆支座+黏滞阻尼器”的纵桥向减震方案可使主拱应力、交界墩底弯矩、梁端位移分别下降28.53%,63.23%,22.52%,减震效果明显;横桥向增设防屈曲支撑可大幅减小桥墩横梁地震响应,交界墩下、中横梁弯矩降幅分别达58.89%, 62.48%。采用上述组合减震措施可提升桥梁的整体抗震性能,满足抗震设防要求,可供同类型桥梁的减震设计参考。     

长周期地震动作用下隔震连续梁桥地震反应特性研究

该文以五跨一联隔震连续梁桥为研究对象,探讨了具有明显脉冲效应的近场、远场长周期地震动作用对采用铅芯橡胶支座(LRB)及摩擦摆隔震支座(FPB)的连续梁桥地震反应(梁体及支座位移、桥墩内力等)的影响程度,明确长周期地震动作用对隔震装置隔震效果及碰撞效应的影响。研究结果表明:对于隔震连续梁桥,长周期地震动作用下,隔震支座对连续梁桥的隔震效果均有所下降,但FPB隔震结构的隔震效果优于LRB隔震结构;对于布设LRB隔震支座的隔震桥梁,在远场长周期地震动作用下梁体位移大幅增加,结构更易发生碰撞且碰撞力较大,远场长周期地震动对LRB隔震桥梁的地震反应更为不利。     

基于非线性静、动力方法的RC简支梁桥连梁装置参数优化研究

连梁拉杆装置是防止强震下RC梁式桥纵向落梁的有效措施,需要对其合理刚度取值进行研究。以典型的铁路RC简支梁桥为对象,采用基于FEMA440性能点轨迹法的能力谱分析方法,以现行《铁路工程抗震设计规范》设计谱及汶川地震动为需求,讨论了不同的场地类型和设防烈度下连梁拉杆的最优刚度分布。研究表明,场地类型对连梁装置刚度取值无显著影响,在8度罕遇烈度设防的四种场地下,连梁装置的刚度均可在0.05~0.15倍的梁体线刚度范围内取值,可有效抑制墩、梁相对位移及桥梁整体地震响应。设防烈度对刚度取值有显著影响,当PGA不超过0.2g时,可不予设置;当PGA为0.4g和0.6g时,连梁拉杆的合理刚度可分别取为0.1倍和0.2倍的梁体线刚度。采用非线性动力时程方法验证了上述结论的合理可靠性,可供桥梁抗震设计及规范修编参考     

梁桥多级设防SMA减震装置

近场地震动输入下,减隔震桥梁会发生比较大的位移和残余变形,导致落梁等严重震害。拟提出一种新型多级设防SMA减震装置,由三级SMA索与铅芯橡胶支座并联组成;随地震强度增大,各级SMA索依次张紧,满足不同性能需求;基于OpenSees和Sap2000软件,探索多级设防SMA减震装置恢复力模型和滞回模型,对比分析两种软件对多级设防SMA减震装置的模拟效果。以某一连续梁桥为例,以SMA索截面积进行参数分析,研究其多级减震效果。结果表明,该装置具有较好的自复位、限位和耗能能力,兼具多级设防的优点。     

隔震斜交连续梁桥地震反应及环境温度影响研究

针对斜交桥震害特点及低温环境改变隔震支座力学特性现象,以用铅芯橡胶隔震支座的斜交连续梁桥为例,采用Hertz-damp模型考虑梁体与桥台的碰撞作用。基于OpenSees地震分析平台建立动力分析模型,分析桥墩位移、墩底反力、碰撞力、梁体旋转度与斜交桥斜度关系及梁端碰撞力分布规律。在对比不同隔震支座温度特性修正方法差异基础上,讨论隔震斜交桥梁地震反应与环境温度及斜度关系。结果表明,梁体双向水平与平面内转动耦合使梁体与桥台在其钝角处先发生碰撞,而碰撞作用会加剧梁体转动;低温引起的支座特性改变将会放大桥墩地震反应,若不计其影响,在0℃、-10℃、-30℃条件下,与常温(23℃)相比墩底剪力及弯矩会被低估10%、20%、40%。     

浅源强震下RC梁式桥横向碰撞参数研究

针对地震作用下桥梁结构梁体与横向挡块间的碰撞现象,采用非线性动力分析方法对影响碰撞效应的主要因素进行了系统研究。基于刚体碰撞理论,建立能考虑碰撞过程中能量损失的桥梁横向碰撞接触单元分析模型,研究了典型的浅源强震作用下挡块碰撞刚度、梁体与挡块间初始间隙、桥梁墩高以及跨径等因素对铁路RC简支梁桥地震碰撞效应的影响。研究表明抗震挡块对于防止横向落梁有显著的抑制作用,建议了铁路RC梁式桥抗震挡块的合理刚度及初始间隙取值,提炼了墩高及跨径对各项响应指标的影响规律。研究成果可供梁式桥抗震设计及规范修编参考