高烈度地震区铁路桥梁新型耗能防落梁装置研究

为了解决目前铁路桥梁传统防落梁装置的不足,研发了适用于高烈度地震区铁路桥梁新型波纹钢耗能防落梁装置。推导建立了波纹钢耗能防落梁装置的力学性能计算公式,提出了铁路桥梁用耗能防落梁装置简化设计方法,并开发了装置的设计分析软件,开展了耗能防落梁装置力学性能试验研究,以渝昆高铁8度地震区某典型大跨连续梁为研究对象,设计了大桥的耗能防落梁装置,并开展了装置对大桥抗震性能分析。结果表明：建立的耗能防落梁装置力学参数计算理论和设计方法正确,适应工程实际应用的要求,耗能防落梁装置滞回曲线饱满,耗能能力较强,低周疲劳性能良好。设计的耗能防落梁装置可以满足高速铁路大跨桥梁抗震性能要求,具有良好的减震、耗能和缓冲作用,可降低大跨连续梁桥梁端位移约25%。     

连续板桥竖向隔震的弹性时程分析

为了提高桥梁结构在竖向地震作用下的抗震能力,提出竖向隔震的思想,首先分析了桥梁竖向隔震的减震原理,提出一种新型的三维隔震装置并确定了其几何结构和力学性能参数其次,利用有限元软件AN-SYS建立了一座三跨连续板桥三维模型,分析了在El-centro波竖向分量9度小震作用下装置的竖向隔震效果,并研究了竖向粘滞阻尼器的阻尼系数对竖向隔震效果的影响规律结果表明,提出的三向隔震装置可以有效地减小结构的竖向地震动力响应,竖向隔震效果随粘滞阻尼系数的增大而增加,但阻尼系数存在一个较优值.     

带限位装置的新型摩擦滑移隔震结构振动台试验研究

以新型固体润滑材料,即二硫化钼涂层材料为主,设计制作了一种带限位装置的新型滑移隔震装置,并进行了新型摩擦滑移隔震支座的力学性能试验,研究表明,文中研发的新型滑移隔震装置具有摩擦滑移隔震和限位功能,构造简单,适用性强.在此基础上,建立欠人工质量模型的一致相似关系,设计制作了一个相似比为1:5的2跨5层框架模型结构,进行了结构振动台试验研究.检验了新型摩擦滑移隔震装置的隔震和限位性能,振动台试验结果表明:限位装置可有效降低隔震层相对滑动位移,新型摩擦滑移隔震支座降低了上部结构的地震反应,新型隔震系统能够控制结构层间位移角在允许范围内,隔震效果良好,且具有良好限位复位能力,结构可满足抗震要求.     

齿轮传动墙式铅合金减震装置性能试验研究与应用

为解决剪切型钢板阻尼器不能满足大行程需求且经历地震后存在累计损伤需要更换的问题,提出一种齿轮传动墙式铅合金减震装置,阐释其工作原理并给出构造方案,通过力学性能试验和数值模拟分析的方法,对齿轮传动墙式铅合金减震装置的减震性能进行研究.试验结果表明:该减震装置利用铅合金常温重结晶性能并通过齿轮传动的构造形式满足了大行程的需求;滞回性能稳定,耗能能力强,无明显疲劳损伤效应且无须更换.数值模拟表明齿轮传动墙式铅合金减震装置应用于某实际火电厂中可有效提高整体结构的抗震性能,减小地震响应.     

隔震桥梁横桥向挡块设计研究

首先简要介绍了某隔震桥梁的隔震设计情况,分析了横桥向抗震挡块的设计思想和方法;然后选择一座两跨连续隔震桥梁建立了计算模型,并考虑梁体与挡块的非线性碰撞效应,利用多条地震波进行了桥梁基本烈度下的横桥向非线性时程分析.计算结果表明通过合理设置缓冲装置,本文所提设计方法可以保证挡块在基本烈度地震条件下处于完好状态.研究认为,挡块的碰撞刚度对桥梁的横向地震性能影响较大,但其取值缺乏必要的试验研究作为参考,有必要对桥梁挡块的力学性能进行碰撞试验研究,为碰撞刚度和屈服强度等参数的确定提供依据.     

拉索减震支座的开发与试验研究

开发了一种新型减隔震支座-拉索减震支座.拉索减震支座由聚四氟乙烯滑移装置隔震,拉索限制过大位移,并提供恢复力,讨论了其设计参数.采用拟静力试验测定了不锈钢板与聚四氟乙烯滑板之间的摩擦系数及支座在不同竖向压力下的滞回性能,获得了相关参数,为支座理论模型的建立提供基础.以一个四跨连续梁桥为实例,对拉索减震支座的有效性以及拉索刚度的合理取值进行了分析.分析结果表明,拉索减震支座能够显著地减小固定墩所受的地震力,同时拉索限位能力强,能够有效防止落梁.     

减隔震混合装置对大跨度斜拉桥地震响应的影响

为研究减隔震混合装置对大跨度斜拉桥的减震限位效果,以一座(67+110+360+110+67)m的大跨斜拉桥为研究对象,采用ANSYS有限元软件建立了全桥动力分析模型,基于非线性时程分析法研究了采用摩擦摆支座和液体粘滞阻尼器的减隔震混合装置对大跨度斜拉桥抗震性能的影响,并通过参数分析确定了较为合理的减隔震装置参数。研究结果表明:主桥纵桥向布置减隔震混合装置可以有效解决大跨斜拉桥的抗震问题;相比单独采用液体粘滞阻尼器,减隔震混合装置改善了桥塔和过渡墩的受力,进一步减小了主梁及塔顶的位移;综合考虑结构的地震响应和工程造价,该桥减隔震混合装置中阻尼指数α取0.4,阻尼系数C取12000 kN/(m·s~(-1))~(0.4)时可以取得较好的减震效果;减隔震混合装置中摩擦摆支座和液体粘滞阻尼器可以协同作用,减震耗能明显。     

新型复合式金属阻尼器在桥梁减震控制中的应用

提出一种新型复合式金属阻尼器,其滞回曲线饱满,耗能强,在发生小位移时提供较小且稳定的出力,一旦达到设计位移,出力随着位移的增加而大幅提升.以一座高架桥为例,通过有限元分析,研究了此类型阻尼器在高架桥减震控制上的应用,并与传统的防落梁拉杆进行了减震性能对比.研究表明:在设计设防烈度下复合式金属阻尼器能提供超过40%的减震率,有效阻止桥墩塑性铰的发展和抑制支座的位移;提高设防烈度时复合式金属阻尼器兼具耗能和限位的功能,防止落梁和碰撞的发生;防落梁拉杆能防止主梁发生落梁,但会增大桥墩和固定支座的剪切效应,复合式金属阻尼器对于桥梁的整体减震控制效果优于防落梁拉杆,保护所有构件不发生较严重的损伤.     

高烈度区斜拉桥横向约束方案优化分析

为了确定强震作用下斜拉桥合理的横向抗震约束体系,以可克达拉大桥为工程背景,采用非线性时程分析法,分析了4种横向约束体系即横向滑动体系、全限位体系、位移相关型减震体系和速度相关型减震体系对强震区大跨度桥梁地震响应的影响,重点对钢阻尼器的屈服荷载和黏滞阻尼器的位置及相关参数进行优化分析,并与其他体系的地震响应进行了对比。结果表明：在强震作用下,对于大跨度桥梁横向滑动体系和全限位体系均不是理想的抗震体系;而在墩梁、塔梁之间设置减隔震装置可以有效减少横桥向的墩梁、塔梁的相对位移及地震剪力和弯矩;然而,从桥梁正常使用的角度来看,塔梁之间布设横向钢阻尼器装置优于黏滞阻尼器装置。     

支座对连续梁桥地震反应的影响分析简

基于midas有限元桥梁计算软件,建立三跨连续梁桥模型,确定合适的地震波,计算了某设计桥梁在静载作用下的支座摩阻力和汽车制动力对桥墩影响,通过对三跨连续梁桥不同支座在E1地震力作用下的时程分析法计算,得出了地震作用下的桥墩内力情况.结果表明,在E1地震作用下,结构在弹性范围内,采用减震支座和非减震支座的计算影响差别不大,并且严寒地区桥梁的桥墩强度设计是静力计算控制的.     

中国铁路钢桥的发展历程及展望

针对中国不同时期建造的铁路钢桥及相应的设计、建造背景,阐述了中国铁路桥梁发展的辛酸历程,提出了铁路钢桥仍需解决钢材高强、车桥耦合共振、大跨度带来的一系列振动等关键技术问题。最后,指出建造铁路钢桥的核心问题是钢材料品质、建造技术及相应的机械设备。实践证明,中国铁路桥梁建设已经取得了巨大的成就,但要成为世界桥梁设计、建设的领头羊仍需加倍努力。     

九度地震区高速铁路简支梁合理减隔震体系分析

为了得到九度地震区典型高速铁路简支梁合理减隔震体系,提出了一种桥址区地震危险性贡献参数分析方法,运用核密度估计理论推导了一种桥梁地震易损性计算方法,建立一种基于地震风险评估的铁路桥梁抗震分析方法。以渝昆高铁九度地震区典型32 m预应力混凝土简支梁为研究对象,选取5种组合减隔震体系作为比选对象,运用基于地震风险的桥梁抗震分析方法,全面评估了5种减隔震体系的适应性。结果表明：采用双曲面减隔震支座+榫形金属减震耗能装置+钢防落梁组合减震方案时,桥墩和支座的地震损伤风险发生概率可分别控制在6%和3%以内,方案可有效提高桥墩抗震性能,耗散地震能量,减少桩基地震力,同时可以有效限制主梁位移,防止发生落梁震害,实现了九度地震区高速铁路32 m简支梁桥抗震设计,可为今后强震区类似桥梁抗震分析提供依据。     

基于全寿命周期成本的高速铁路连续梁桥减隔震方案研究

高烈度地震区大跨连续梁桥一般采用减隔震设计以减小结构地震反应及由此带来的经济损失,而不同的减隔震方案亦决定着结构的抗震性能和初始成本。为了从抗震性能和经济性两方面综合评价连续梁桥减隔震设计的合理性,以一座高烈度区高速铁路连续梁桥为背景,设计多种减隔震布置方案开展桥梁地震易损性分析,并基于全寿命周期成本最小准则探讨了桥梁在全寿命期内各方案的经济性。结果表明：全桥采用双曲面球型支座和黏滞阻尼器配合使用方案在全寿命周期的地震损失最小,但初始成本过高致其经济性较差;全桥布置双曲面球型支座、边墩配置黏滞阻尼器方案满足抗震设防要求且全寿命周期成本最小,为本文减隔震设计中的最优方案。本文提出的桥梁减隔震方案研究方法实现了结构抗震性能与其经济效益的双目标评价,为利益相关者对桥梁减隔震方案的合理决策提供了新思路。     

桥梁风工程2019年度研究进展

桥梁风工程是以大跨度桥梁抗风稳定性、风致振动及其控制为主要研究目的,为桥梁抗风设计提供理论基础、方法及手段的技术学科。近年来,大跨度和超大跨度桥梁的迅猛发展促进了桥梁风工程分析理论、试验方法和风振控制技术不断进步,取得了一系列新成果。围绕大跨度桥梁抗风设计中的主要问题,介绍和评述了2019年以来桥梁风工程在桥位风特性现场实测、大跨桥梁非线性颤振特性及计算理论、桥梁抖振计算理论、桥梁涡激振动计算理论及控制技术等方面的主要研究进展。     

不等高桥墩铁路减隔震桥梁钢阻尼支座地震易损性

以设置E型钢阻尼装置的不等高桥墩高速铁路减隔震简支梁桥为对象,建立考虑轨道约束的全桥非线性有限元分析模型,并进行100条地震动作用下的非线性时程分析.从基于性能要求的抗震设计思想出发,采用位移和能量双重破坏准则,提出同时考虑最大变形效应和累积损伤效应两方面效应的钢阻尼支座损伤指标,采用可靠度概率分析方法形成钢阻尼支座在不同损伤状态下的易损性曲线.结果表明,地震作用下不同支座在各损伤状态下的易损性差异明显,对于桥墩高度差异较大的铁路减隔震桥梁,宜根据桥墩刚度的不同进行减隔震设计,对刚度较小的高、中墩处的钢阻尼支座,设计时应留有必要的安全储备.     

桥梁颤振临界风速的概率密度演化计算

针对桥梁结构自身特性以及外部环境的随机性(如刚度、质量、阻尼比、气动导数等因素)所造成的桥梁的颤振临界风速不确定,难以衡量桥梁颤振稳定性问题. 将概率密度演化方法与桥梁颤振多模态耦合分析方法相结合,以江阴长江大桥作为实例,通过考虑桥梁结构自身的不确定性及气动导数的不确定性,给出不同模态阻尼比及频率的概率密度演化过程. 研究表明:结构模态阻尼比及频率在低风速情况下的概率密度分布可近似认为服从正态或对数正态分布,高风速下的概率密度则无法用单一的概率分布来描述,概率分布会出现双峰甚至多峰的情况;与按确定性方法到的颤振临界风速相比,按概率密度演化方法得到的颤振临界风速较小.     

基于“保险丝”概念的组合摩擦型路桥防超载装置设计

针对当前车辆超载造成路桥损伤等问题，提出了路桥"保险丝"概念，设计了一种组合摩擦型路桥防超载装置，实现对超过路桥允许通行荷载值的车辆自动识别和限行功能。该装置由台座、滑块组、限位复位装置和报警装置组成。通过车辆和本装置共同形成的平衡力系实现自动判别超载车辆；过载车辆通过时，滑块组产生联动滑移，右滑块抬升，从而限制超载车辆的通行；限位复位装置分别控制滑块组滑移速度和恢复滑块组原始位置，保障车辆安全和装置运行。分别给出车辆整车超载极限平衡工况、超载滑移平衡工况、千斤顶顶升复位工况下滑块的受力状态简图，建立滑块组平衡方程。给出基于路桥限载值的本装置设计方法和算例，并提出本装置的测重精度控制措施。     

Design methods of headed studs for composite decks of through steel bridges in high-speed railway

Aimed at two typical composite floor systems of through steel bridges in high speed railway,design methods of headed studs were put forward for different composite members through comparing and analyzing the structure,mechanical characteristics and transmission routes of deck loads.The simplified calculation models were brought out for the stud design of the longitudinal girders and transverse girders in the composite floor system of Nanjing Dashengguan Yangtze River Bridge (NDB).Studs were designed and arr...     

特大跨径地锚式悬索桥静力稳定性分析

为了解悬索桥在不同简化模型下的静力稳定性,全面分析其整体失稳过程及最终失稳模态,基于地锚式悬索桥主塔失稳导致全桥失稳的受力特点,以在建的南京仙新路长江大桥为工程背景,采用大型有限元分析软件ABAQUS建立了全桥多尺度模型和独塔实体模型,分析对比了线性稳定系数、双重非线性荷载系数、线性失稳模态以及最终破坏形态.分析结果表明:双重非线性稳定安全系数相比于线性有较大降低,非线性稳定计算对于特大跨径地锚式悬索桥应成为必需;全桥多尺度模型的线性稳定系数略大于独塔模型,而全桥多尺度模型的非线性荷载系数则反之,简化的独塔模型仅能在一定程度上代表全桥结构计算结果;主塔发生非线性失稳时塔底附近的混凝土主压应力和钢筋应力均达到抗压强度标准值,材料发生屈服导致结构发生失稳;背风侧主塔下塔柱失稳破坏时呈现出典型的压弯破坏形态,迎风侧塔柱失稳破坏时呈现出混凝土压碎区交叉的压弯扭复合受力破坏形态,随着结构薄壁化趋势的发展,工程设计在满足强度要求的同时应更关注稳定性要求.研究结果可为未来特大跨径地锚式悬索桥的设计计算以及简化模型的选取提供参考.