高速公路多联连续梁桥隔震研究

针对高速公路多联连续梁桥的抗震问题,本文对铅芯橡胶支座和摩擦摆支座进行了隔震效应分析与设计优化。本文基于多联有限元模型和非线性时程分析方法,分析了多联体系下各墩地震响应的差异,及铅芯橡胶支座和摩擦摆支座的隔震和耗能效果,并对隔震支座的参数布置进行了优化。结果表明：多联桥梁交界墩的地震响应较联内墩一般增大20%以上,交界墩上部结构跨径差异较大时甚至可达75%。铅芯橡胶支座位移限制能力和大震耗能更好,且屈服前刚度越大、屈服强度和屈服后刚度越小,滞回耗能能力越强;摩擦摆支座小震时即可发挥其隔震效果,且滑动摩擦系数越小、曲率半径越大,隔震效果越好。通过在交界墩布置更多隔震支座可在保证一定隔震率的同时改善桥墩受力不均匀的问题,具有一定的工程参考价值。     

强震区多跨长联连续梁桥减隔震设计

为了给高烈度地区多跨长联连续梁桥抗震设计提供参考,以一座（55+4×90+55）m的连续梁桥为工程背景.采用ANSYS软件建立全桥分析模型,基于非线性时程分析方法,对比研究结构采用双曲面摩擦摆支座、黏滞阻尼器和速度锁定装置3种减隔震装置下的地震响应.结果表明：黏滞阻尼器在罕遇地震作用下形成了完整的滞回环,每个阻尼器耗能能力明显;采用双曲面摩擦摆支座、黏滞阻尼器和速度锁定装置时,结构的地震响应相对于传统抗震体系都有一定程度地降低,固定墩内力相对减震率分别为63.44%、6.90%、42.32%,位移相对减震率为65.70%、9.34%、43.77%;采用双曲面摩擦摆支座作为减隔震措施时,墩底内力和墩顶位移远小于黏滞阻尼器和速度锁定装置2种减隔震措施.     

具自复位摩擦阻尼器的桥梁隔震性能研究

目前桥梁隔震技术的应用越来越广泛,但这一技术不可避免地会引起震后桥梁上下部结构之间残余位移过大的问题。为有效降低上部结构的惯性力传递至桥墩,使其具有良好的隔震能力,同时减小上部结构复位时的阻尼,增强其自复位能力,降低震后桥梁的修复费用,提出由一种新型自复位摩擦阻尼器和聚四氟乙烯滑板支座代替传统的隔震支座。该阻尼器当活塞向远离平衡位置方向移动时,具有较为稳定的摩擦力使其具有较好的耗能能力;当活塞向平衡位置方向移动时,不具有摩擦力,减小了摩擦力对复位力的消耗,提高了其自复位能力。采用柔性拉索将此阻尼器与桥梁的上下部结构相连,保证阻尼器只受拉且可实现上部结构相对桥墩的往复运动,形成自复位隔震桥梁体系。为验证该隔震桥梁体系的效果,利用OpenSees建立一座4跨连续梁桥模型,分别配置非隔震桥梁支座、铅芯橡胶支座和自复位摩擦阻尼器与聚四氟乙烯滑板支座联合工作的隔震体系,在横桥向输入地震动记录进行时程分析,考察3种桥梁结构的墩顶位移、墩梁相对位移和桥墩内力。结果表明：在相同地震作用下,自复位隔震桥梁体系相对于非隔震桥梁墩顶位移降低为原来的1/8,墩底剪力和墩底弯矩降为原来的约1/3;与配置铅芯橡胶支座的隔震桥梁体系相比,自复位隔震桥梁体系基本没有墩梁相对残余位移。以上说明提出的自复位摩擦阻尼器及具自复位摩擦阻尼器的桥梁隔震体系有较好的隔震和自复位能力。     

位移相关摩擦阻尼基础隔震结构地震分析

采用Bouc-Wen滞回模型和库仑摩擦模型来模拟铅芯橡胶隔震垫和摩擦阻尼器的力学模型,建立了位移相关摩擦阻尼隔震结构运动方程.数值分析表明,在常规强震激励下,位移相关摩擦阻尼能减少隔震层位移,但会增加上部结构的层间位移和加速度反应;而在脉冲型近场地震激励下则不仅能显著降低隔震层位移,同时对上部结构的地震响应也有一定的减震效果.参数分析对位移相关摩擦阻尼器的三个主要设计参数的合理选取给出了建议.     

变曲率摩擦摆隔震支座理论分析与数值模拟

介绍了变曲率摩擦摆隔震支座的基本构成,从力学平衡原理出发对变频式摩擦摆隔震支座和锥形摩擦摆隔震支座两类变曲率摩擦摆隔震支座进行理论分析,推导出变曲率摩擦摆隔震支座的刚度,探讨了支座的自回复特性,得出支座最大残余位移的计算公式。采用ABAQUS软件对2类变曲率摩擦摆隔震支座进行实体单元建模,模拟了低周反复荷载作用下的滞回特性与回复特性,并与（球面）摩擦摆隔震支座进行对比分析。研究结果表明：1）理论分析和数值模拟结果吻合较好;2）变曲率摩擦摆隔震支座的滞回曲线饱满,具有良好的滞回性能,且与初始刚度相同的（球面）摩擦摆隔震支座相比,其等效粘滞阻尼比和耗能系数更大,具有更强的耗能能力;3）变曲率摩擦摆隔震支座的刚度由曲率半径,即曲面函数决定,经合理设计可使得其刚度随着位移增大呈现逐渐减小的趋势,从而使其自振周期随着位移增大而逐渐增大,可较好的解决隔震结构的低频共振问题;4）与（球面）摩擦摆隔震支座相比,该支座刚度软化的机制可使传递给上部结构的剪力减小;5）该支座的最大应力出现在支座位于设计位移时刻,且一般位于滑块或支座板球铰面边缘;6）该支座的最大残余位移由摩擦系数和曲面函数各参数共同决定,可通过理论分析和数值模拟进行合理的参数化设计将其控制在工程可接受的范围内。     

环境温度对SMA–LRB隔震桥梁地震响应的影响

为减小地震作用下桥梁的最大响应及残余变形,结合铅芯橡胶支座(LRB)及形状记忆合金(SMA)的优点,组合形成具有自复位能力的SMA-LRB支座。针对橡胶和SMA材料的温度敏感性问题,基于一座4跨SMA-LRB隔震连续梁桥,考虑SMA-LRB支座在不同环境温度下的力学特性,对不同环境温度下的隔震连续梁桥进行非线性动力时程分析,得到结构关键部位的动力响应。结果表明:LRB上加设SMA可有效控制支座的位移响应,且SMA自复位特性使其对残余位移的控制效果显著;随着环境温度的降低,LRB和SMA-LRB两种支座的峰值位移和残余位移均随之而减小,但SMA-LRB支座对位移控制能力和自复位能力较常温有所降低;支座刚度随着环境温度减小而增大,致使桥墩墩顶位移和墩底剪力也随之增大,且较低墩的墩底剪力对温度变化更加敏感。     

拱塔斜拉桥远场地震动下纵向减隔震分析

为了研究斜拉桥在远场长周期地震动作用下的响应规律及采用两种不同减隔震装置时的减震效果。以某拱塔斜拉桥为背景建立有限元模型,选取3条典型远场长周期地震动作为外部激励,分析斜拉桥在远场长周期地震动下的响应并采用铅芯橡胶支座与黏滞阻尼器对斜拉桥进行减隔震。结果表明:在相同的地震动峰值加速度下,远场地震动作用的斜拉桥位移响应远超普通地震动,内力响应为普通地震动作用的1.1～2.0倍;在纵向设置黏滞阻尼器后减震效果明显优于铅芯橡胶支座,其中位移减震率最大,平均效果可达67%左右,塔底与主梁内力也均有不同程度的降低。     

简支梁桥铅芯橡胶支座减震特性研究

以一座4×40 m 简支 T 形梁桥为例,对常规非隔震设计的板式橡胶支座和减隔震设计的铅芯橡胶支座（LRB）进行对比分析,比较了2种支座设计下桥梁结构的动力特性以及采用隔震设计后桥梁结构内力、位移响应与非隔震设计的差别。在其他条件一致前提下,研究了铅芯橡胶支座的力学参数对减隔震效果的影响。研究结果表明：铅芯橡胶支座较板式橡胶支座设计的桥梁可以延长结构的周期;设计的铅芯橡胶支座具有明显的减震效果,铅芯橡胶支座可以大幅度减小各墩墩底剪力及墩底弯矩,各墩所受地震力重新合理分配且受力趋于平衡;同时在减隔震设计中,只考虑增大铅芯橡胶支座的型号反而会给桥梁下部结构带来不利的影响。     

摩擦摆支座在单层球面网壳结构隔震控制中的参数分析

为研究摩擦摆支座(FPS)的参数对网壳结构隔震性能的影响,将其应用于单层球面网壳,给出了摩擦摆支座隔震网壳的运动方程.对工程中常用的单层球面网壳的地震响应进行了时程分析,通过改变输入地震动的强度,较为全面地分析了摩擦摆支座的滑动面摩擦系数和球面滑动半径的变化对隔震结构的隔震层位移和节点加速度的影响,总结了隔震结构的地震响应随滑动面摩擦系数和球面滑动半径的变化规律,为摩擦摆支座在网壳结构应用中的参数选取提供了参考依据.     

环境温度对SMA–LRB隔震桥梁地震响应的影响

随着隔震技术的发展,隔震桥梁的服役环境日趋复杂,环境温度对隔震桥梁抗震性能的影响亟待考虑。为减小地震作用下桥梁的最大响应及残余变形,结合铅芯橡胶支座（LRB）及形状记忆合金（SMA）的优点,组合形成具有自复位能力的SMA–LRB支座。基于一座4跨SMA–LRB隔震连续梁桥,考虑SMA–LRB支座在不同环境温度下的力学特性,对不同环境温度下的隔震连续梁桥进行非线性动力时程分析,得到结构关键部位的动力响应。结果表明：LRB上加设SMA可有效控制支座的位移响应,且SMA自复位特性使其对残余位移的控制效果显著;随着环境温度的降低,LRB和SMA–LRB两种支座的峰值位移和残余位移均随之而减小,但SMA–LRB支座对位移的控制能力和自复位能力较常温有所降低;支座刚度随着环境温度减小而增大,致使桥墩墩顶位移和墩底剪力也随之增大,且较低墩的墩底剪力对温度变化更加敏感。环境温度对SMA–LRB隔震桥梁抗震性能影响的定性评估,可为该类桥梁结构的分析和设计提供借鉴与参考。     

某类铅芯橡胶支座的端部水平动静比研究

为了研究铅芯橡胶支座的端部水平动剪力与静剪力的关系,提出了动静比,并对于橡胶剪切模量为0.6 MPa的铅芯橡胶支座进行动静比的初步分析,依据建筑抗震设计规范对铅芯橡胶支座竖向设计荷载的规定,采用非线性模型对常用的铅芯橡胶支座进行动力时程响应分析,研究了铅芯橡胶支座的直径、屈服后刚度与屈服前刚度比及其竖向设计荷载等参数对地震作用下铅芯橡胶支座端部水平动静比的变化趋势和分布状态的影响,主要探讨了各种参数下剪切变形与动静比的变化关系,给出了动剪力的简化计算的一般公式.研究表明随着铅芯橡胶支座剪切变形的增大,其动静比逐渐的在降低,动剪力和静剪力逐渐接近.当剪切变形达到250%时动静比在1.25以内,此时动剪力简化计算结果与数值分析结果变化趋势基本一致,具有一定的可靠性.     

铅芯橡胶支座参数对隔震桥梁动力响应的影响

为了使隔震支座充分发挥减震作用并使隔震设计有据可依,系统地讨论了铅芯橡胶支座的参数对桥梁结构减震性能的影响．根据减隔震技术和延性抗震设计的基本原理,考虑了铅芯橡胶支座和桥梁结构的非线性特性及其相互影响,采用非线性水平弹簧单元和转动弹簧单元模拟减隔震支座和桥墩延性塑性铰,通过理论分析和有限元数值模拟,对采用钢支座、板式橡胶支座和铅芯橡胶支座的普通铁路简支梁桥结构的地震响应特性和减隔震性能进行了比较． ’     

大跨度三塔悬索桥地震位移控制效果对比

针对地震作用下超大跨度悬索桥梁端位移过大的问题,通过附加减震阻尼器保证桥梁结构的安全至关重要。考虑行波效应对大跨度悬索桥地震响应的影响,以主跨2×1 080 m的大跨度三塔悬索桥泰州大桥为研究对象,研究了弹性拉索、黏滞阻尼器、软钢阻尼器控制超大跨度悬索桥地震响应的最优参数取值,并对比了其地震响应控制效果。结果表明:弹性拉索和软钢阻尼器可较好的控制塔梁相对位移;黏滞阻尼器对塔梁相对位移的控制效果次于弹性拉索和软钢阻尼器,但黏滞阻尼器在控制塔梁相对位移的同时未显著增加塔底内力。     

多跨简支梁桥加固措施的抗震性能评估

对一座典型的五跨简支铁路箱梁桥进行了多种工况的非线性地震反应分析,评价限位拉索、混凝土墩套、橡胶支座和铅芯橡胶支座等措施对桥梁主要构件抗震性能的影响.结果表明,各措施对桥梁构件的抗震性能有不同程度的改善,限位拉索和铅芯橡胶支座可以有效消减使用活动支座或普通橡胶支座时墩梁的相对位移;铅芯橡胶支座和普通橡胶支座均显著减少了桥墩的延性需求,但普通橡胶支座加大了墩梁间的相对位移和梁体对桥台的碰撞;限位拉索的初始间隙可考虑支座的允许变形,适当取较大值.建议采用铅芯橡胶支座或普通橡胶支座更换固定支座,必要时采用增加混凝土墩套的方法提高桥墩的塑性变形能力.研究成果可用于结构的易损性评价和基于桥梁整体性能的系统化抗震研究.     

大跨度三塔悬索桥地震位移控制效果对比

针对地震作用下超大跨度悬索桥梁端位移过大的问题,通过附加减震阻尼器来保证桥梁结构的安全至关重要。考虑行波效应对大跨度悬索桥地震响应的影响,以主跨2×1080m的大跨度三塔悬索桥泰州大桥为研究对象,研究了弹性拉索、黏滞阻尼器、软钢阻尼器控制超大跨度悬索桥地震响应的最优参数取值,并详细对比了其地震响应控制效果。结果表明,弹性拉索和软钢阻尼器可较好的控制塔梁相对位移;黏滞阻尼器对塔梁相对位移的控制效果次于弹性拉索和软钢阻尼器,但黏滞阻尼器在控制塔梁相对位移的同时,未显著增加塔底内力。     

对连续梁桥减隔震支座抗震性能的比较分析

以厦漳跨海大桥北汊南引桥为依托,采用有限元非线性时程分析方法,比较分析了铅芯橡胶支座和盆式橡胶支座对高烈度地区大跨径连续箱梁桥的抗震影响。研究结果表明:铅芯橡胶支座增加了结构在地震作用下的振动周期和主梁梁端位移,减小了固定墩的受力。相比盆式橡胶支座,铅芯橡胶支座可以使主梁梁端位移增加20%~200%,固定墩内力减小36%~80%。说明铅芯橡胶支座能够通过增加主梁位移达到减小桥墩受力的效果,隔震效果明显。该研究成果可为同类型桥梁的抗震设计提供参考。     

寒冷地区铅芯橡胶支座桥梁的地震响应分析

铅芯橡胶支座因其材料本身的性质,它的力学性能和温度环境变化有较强的相关性.在M IDAS/C IVIL有限元分析模型中,采用不同温度下铅芯橡胶支座的性能参数,输入三种地震波,对三跨连续梁进行时程分析,得出相应的地震反应,比较三种不同的波谱情况下的变化情况,找出铅芯橡胶支座随温度变化对桥梁地震的影响规律,得出一些有益于我...     

单指标分析在抗震支座参数优化中的应用

建立了大跨度斜拉桥和抗震支座的空间有限元模型,采用时程分析方法计算了铅芯橡胶支座不同参数条件下斜拉桥的地震响应.提出把单指标分析和正交设计方法用于大跨度斜拉桥的抗震支座参数优化.研究表明把单指标分析用于铅芯橡胶支座的参数优化,能够以较小的计算量获得各因素的主次关系及较优水平组合;在斜拉桥铅芯橡胶支座的3个参数中,铅芯直径是主要的控制性因素,橡胶直径是次要因素,而橡胶剪切模量则是影响最小的因素;铅芯能耗散地震产生的能量,减小主梁纵向位移和塔顶位移的同时,又能有效减小塔根弯矩,相比普通弹性连接装置能更加有效的减小斜拉桥地震响应.     

铅芯橡胶支座隔震桥双向地震响应影响因素研究

考虑铅芯橡胶支座双向耦合作用更能模拟LRB隔震桥在地震波作用下的实际响应。文章以一座典型三跨连续梁桥为工程背景,通过对结构的离散建立包含铅芯橡胶支座出力的全桥有限元分析模型,采用Bouc—wen模型模拟LRB的非线性双向耦合特性,采用增量形式的Newmark方法和龙格库塔法联合求解非线性动力方程。通过比较在不同的桥梁结构几何参数和支座参数下的地震响应来研究这些参数对双向隔震桥地震响应的影响。数值结果表明,桥墩刚度和支座初始刚度、硬化比和屈服强度对LRB隔震桥响应影响很大,在进行隔震设计时,必须对以上参数进行优化设计,选择最合理的参数,使地震响应降到最低。     

单塔地锚式悬索桥减震阻尼器参数分析

单塔地锚式悬索桥结构轻便,可以充分利用两侧的岩体来分担荷载。而在地震作用下,容许纵桥向滑动的单塔地锚式悬索桥过大的纵向位移给桥梁的安全性及实用性造成严重威胁。以通麦特大桥为工程背景,采用非线性时程法研究液压黏滞阻尼器对单塔地锚式悬索桥的减震效果,同时对其进行参数分析。研究表明,液压黏滞阻尼器可以有效地控制梁端纵向位移。且当阻尼指数a不变时,主梁纵向位移随着阻尼系数C的增大不断减小,但减幅不大,而桥塔及基础主要控制截面的地震响应随着阻尼系数C的增大变化不大。