行波输入下大跨斜拉桥减震控制分析

为了研究行波效应对斜拉桥减震控制效果的影响,以一座大跨斜拉桥为例,建立其有限元模型,计算分析其主动控制、半主动控制和被动控制对飘浮体系斜拉桥的减震效果,并计算了行波输入下斜拉桥的地震反应。半主动控制和被动控制对该斜拉桥的大部分地震反应均能取得良好的控制效果,但是使得桥梁塔底剪力等部分地震反应增大;不同频谱成分的地震动输入显著影响斜拉桥的地震反应和控制方法的减震效果。考虑行波效应后,半主动控制对于该斜拉桥整体地震反应的控制效果优于始终提供最大阻尼力的被动控制;行波效应对斜拉桥主梁具有不利影响,但对桥塔抗震有利,并且对三种控制方法的减震效果没有明显的不利影响。     

塔梁连接方式对多塔斜拉桥纵向地震反应的影响

斜拉桥塔梁间的连接方式对其静力和动力响应具有很大的影响。本文以一座多塔斜拉桥为背景,在研究中塔与梁体的连接方式对多塔斜拉桥地震反应影响的基础上,研究了塔梁间采用粘滞阻尼器连接的减震效果,总结了粘滞阻尼器参数对多塔斜拉桥地震反应的影响规律。通过对比不同塔梁连接方式的减震效果,推荐了多塔斜拉桥塔梁间的合理连接方式和粘滞阻尼器设计参数。     

长周期斜拉桥纵向减震分析

对一自振周期长达11.56 s的半漂浮体系斜拉桥建立了有限元模型,考虑桩土的共同作用和抗震盆式支座的摩擦耗能,进行结构自振特性和非线性地震响应时程分析,研究恒载内力对结构自振特性的影响,液体粘滞阻尼器参数和布置方案对斜拉桥地震响应的影响,以及斜拉桥在长周期地震波激励下的响应特点。结果表明:恒载内力对结构基频有较大影响;在塔梁之间与梁墩之间均布置阻尼器结构减震效果更好;液体粘滞阻尼器参数对斜拉桥地震响应影响规律与常规半漂浮体系斜拉桥不同;相同地震波峰值加速度下,斜拉桥在长周期地震波和普通地震波激励下响应值可达数倍关系,设置阻尼器后斜拉桥结构减震效果良好。研究结果可供同类斜拉桥减震设计参考。     

独塔斜拉桥纵向抗震设计研究

文章以一座独塔斜拉桥为例,通过在墩梁之间设置不同的连接方式,包括弹性索和者粘滞阻尼器等,分析不同装置的减震效果。结果表明,弹性索可以减小地震位移,粘滞阻尼器可以减小地震力和位移,组合使用可以减小地震力和位移,但是同单独使用粘滞阻尼器效果相差不大。     

斜拉桥结构中隔震减震技术的应用

针对斜拉桥本身具有半漂浮结构的特点,提出了通过粘滞阻尼器与减、隔震支座的减震设计思路,并阐述了粘滞阻尼器、铅芯橡胶支座及拉索减震支座的性能和应用方法,从而达到减弱结构地震反应的效果。     

调谐质量阻尼器(TMD)在大跨斜拉桥减震控制中的应用

将调谐质量阻尼器(TMD)运用于润扬北汊斜拉桥地震反应控制。给出了TMD的减震机理及其力学分析模型,建立了TMD-斜拉桥地震反应控制系统的有限元模型,并进行了TMD对斜拉桥减震效果分析。分析发现,TMD使斜拉桥结构的阻尼耗能减少了30%,主梁跨中和端部的横向位移减少了12%,竖向位移减少了24%。结果表明,调谐质量阻尼器能有效的控制大跨斜拉桥在地震作用下的振动。     

宁波甬江铁路斜拉桥的地震位移控制

大跨度斜拉桥通常采用漂浮体系或半漂浮体系以延长结构的基本周期,从而在强震作用下可以减小结构的地震惯性力,但地震位移较大。以甬江铁路斜拉桥为工程背景,在参数分析的基础上确定了合理的阻尼器参数,研究了粘滞阻尼器在地震位移控制中的作用,并与不设阻尼器的情况进行了比较,结果表明:粘滞阻尼器可以有效控制大跨度斜拉桥的地震位移,改善塔底的地震剪力,明显减小低重心斜拉桥的塔底地震弯矩。     

某超高层结构的不同减震方案对比分析

以某超高层建筑为例,分别对仅设置屈曲约束支撑,仅设置粘滞阻尼器和同时设置BRB与粘滞阻尼器的三种消能减震结构体系进行了多遇地震和设防地震下的地震反应分析。结果表明:方案B比方案A和方案C更能有效地减小结构的楼层位移、层间位移角和楼层剪力;方案B的阻尼器消能明显大于方案A和方案C的阻尼器消能;粘滞阻尼器在多遇地震和设防地震作用下均具有饱满的滞回曲线,有效地消耗了地震能量。     

加强层与减震层的地震反应对比分析

通过建立三个分别为框架—核心筒、带加强层框架-核心筒及带粘滞阻尼器框架-核心筒的模型,运用ETABS软件对三者进行了反应谱和时程分析。研究结果表明:加强层结构是通过加强层来增加结构的整体刚度,增大了结构地震反应,粘滞耗能减震层结构是通过粘滞阻尼器的滞回效应来耗散输入结构的主要地震能量,减小结构地震反应;耗能减震层结构比加强层结构能更有效地控制结构的位移及内力的地震反应。     

考虑行波效应下的多塔斜拉桥减隔震体系研究

以一座主跨908 m的多塔斜拉桥为研究背景,建立全桥动力计算模型,分析了行波效应下该结构常规体系与减隔震体系的地震响应,结果表明:1对于常规体系,行波效应会增大上桥塔内力,但采用拉索减震支座的减隔震体系具有较好的减震率;2考虑行波效应对桥墩抗震有利,而减隔震体系会进一步降低桥墩内力;3减隔震体系可以将主桥支座位移控制在要求范围内,对于引桥,考虑行波效应时,支座位移增大明显,也建议采用拉索减震支座;4行波效应下,主-引桥相对位移增大,建议在主-引桥间设置连梁装置和缓冲装置,以提高抗震性能。     

基于半桥试验的双塔斜拉桥纵向地震响应研究

克服振动台进行小比例大跨度斜拉桥模型试验的局限性,以一座主跨为680m的对称大跨双塔斜拉桥为原型,设计缩尺比为1∶40的混凝土斜拉桥的半桥模型。采用振动台试验方法,研究纵向一致地震激励下半桥模型替代对称双塔斜拉桥的可行性。首先,基于动力学基本理论,提出双塔斜拉桥简化为等效半桥模型的边界条件,并通过两种模型的动力特性对比验证所提出的等效边界的合理性。其次,设计纵向地震作用下对称边界的实现方式,开展不同结构体系的半桥模型在纵向地震作用下的振动台试验;并进一步对比探讨纵向黏滞阻尼器对斜拉桥地震响应的控制效果。研究结果表明：不同PGA的地震动纵向一致作用下,等效半桥模型与全桥模型的地震响应规律基本相同;黏滞阻尼器对半漂浮体系斜拉桥的梁端和塔 梁的位移响应的有较好的减震效果。     

某双塔斜拉桥抗震性能研究

以某大跨双塔斜拉桥为例,建立了主桥和引桥一体的动力模型,通过反应谱和非线性时程方法,分析了其地震响应,研究表明该桥满足抗震性能目标,纵向设置粘滞阻尼器后能显著的减少纵向地震反应内力。     

时滞对桥梁半主动控制和主动控制的影响

桥梁减震半主动控制和主动控制系统中会存在一系列时滞因素,为了探讨时滞对桥梁控制效果的影响规律,建立桥梁的有限元模型和减震控制方程,并考虑控制系统不同的滞后时间,采用粘滞阻尼器对一座大跨连续梁桥进行了减震控制地震反应数值计算。结果表明,时间滞后对半主动控制和主动控制的影响趋势基本相同,均会使控制系统的减震效果随着滞后时间的增大而越来越差,甚至会增大桥梁地震反应和使地震反应发散,但是半主动控制出现减震效果为零的滞后时间和地震反应发散的滞后时间均比主动控制更加长一点,这显示了半主动控制的优越性。     

新型斜拉桥与摩天轮组合结构在地震多点激励作用下的响应分析

地震地面运动的空间变化效应(特别是行波效应)对大跨度结构的响应有很大影响。本文以天津慈海桥为工程背景建立了新型斜拉桥和摩天轮组合结构的动力分析模型,利用通用分析软件ANSYS对慈海桥行波效应进行了分析与讨论,研究比较了是否考虑行波效应以及不同相位差条件下行波效应的结构位移和内力响应,得到了慈海桥独特的地震反应特性。研究结果表明:与一致地震激励相比,地震动的空间变化特性可以使慈海桥的地震响应发生较大改变。     

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。     

基于多点激励的大跨径高墩连续刚构桥行波效应分析

依托跨径布置为(68+128+68)m的某铁路预应力混凝土连续刚构桥,采用通用有限元软件建立空间动力模型研究了该桥的动力特性,对该桥在一致激励和行波效应下的内力和位移进行了对比分析。多点激励作用下的位移结果比一致激励作用下的结果大,并且随着波速的增大而逐渐逼近一致;行波效应对主墩墩顶和墩底截面的弯矩和剪力的影响明显。研究成果可为大跨径高墩铁路连续刚构桥的抗震设计提供参考。     

半漂浮体系斜拉桥抗震性能及其减震措施研究

本文以某主跨为340m的半漂浮体系双塔斜拉桥为工程背景,基于实测动力特性修正后的斜拉桥非线性有限元模型,分析了工程背景斜拉桥的抗震性能及其减震措施。研究表明:修正后的半漂浮体系双塔斜拉桥有限元模型可以较为准确的模拟工程背景桥的实际状态;在卓越周期较大的Chi-chi地震波作用下,工程背景桥会产生较大的构件内力和梁端纵桥向位移,可能导致桥梁发生损伤。通过粘滞阻尼器参数分析可知,阻尼系数C=20000k N·s/m为该桥的最优阻尼系数,在塔梁连接处安装该纵桥向粘滞阻尼器后,工程背景斜拉桥的构件内力及梁端纵桥向位移明显减小,抗震效果显著。     

大跨斜拉桥非一致激励地震响应研究

以海南某拟建斜拉桥为例,计算了该桥的动力特性,分析了该结构在一致输入地震激励和非一致输入地震激励下的非线性地震响应。计算结果表明:与一致输入地震激励下的结构响应相比,在非一致输入地震激励下桥梁结构最大响应值均有不同程度的增大。考虑纵向行波效应时,结构的纵向位移以及关键部位的内力响应值增大,这些响应值将随着地震波波速的提高而减小,并逐步接近一致输入地震激励下的响应值。     

Application of shape memory alloy dampers in the seismic control of cable-stayed bridges

This paper focuses on introducing and investigating the performance of a new passive seismic control device for cable-stayed bridges made with shape memory alloys (SMAs). The superelasticity and damping capability of SMAs is sought in this study to develop a supplementary recentering and energy dissipation device for cable-stayed bridges. Three-dimensional long-span bridge model, including the effect of soil-structure interaction is developed and utilized in the study. SMA dampers are implemented at the bridge’s deck-pier and deck-tower connections. The bridge is subjected to three orthogonal components from two historic ground motion records. The effectiveness of the SMA dampers in controlling the deck displacement and limiting the shear and bending moment demands on the bridge towers is assessed. Furthermore, a study is conducted to determine the sensitivity of the bridge response to the hysteretic properties of the SMA dampers. The analytical results show that SMA dampers can successfully control the seismic behavior of the bridge. However, the effectiveness of the new dampers is significantly influenced by the relative stiffness between the dampers used at the deck-tower and deck-pier connections. The results also show that the variation in the SMAs’ strain hardening during phase transformation has a small effect on the bridge response compared to the variation in the unloading stress during reverse phase transformation.