隔震曲线连续梁桥粘滞阻尼器参数优化分析

为了提升粘滞阻尼器在隔震曲线梁桥中的减隔震效果,本文对其力学性能参数进行了优化分析。基于ANSYS建立了某三跨隔震曲线连续梁桥的有限元模型,采用非线性动力时程法,分析了粘滞阻尼器速度指数和阻尼系数等参数对地震作用下支座位移和墩底剪力的影响,并确定了粘滞阻尼器参数的合理取值范围。在此基础上,基于零阶优化算法,以墩底剪力绝对值之和为目标函数,对粘滞阻尼器进行了参数优化,并对比分析了优化前后的减震效果。结果表明：阻尼系数对支座位移和墩底剪力的影响十分显著;速度指数对支座位移和墩底剪力的影响与阻尼系数有关。粘滞阻尼器参数优化后,支座切向和径向位移减震率分别在47%和22.2%以上,中墩支座的切向位移减震率高于边墩支座,而边墩支座的径向位移减震率高于中墩支座;边、中墩切向剪力差值由956kN减小为220kN,径向剪力差值由441kN减小为130kN,其受力相对更为均衡。     

基于数值仿真的简支梁桥震致残余位移分析

基于ANSYS建立了具有铅芯橡胶支座、摩擦摆支座和黏滞阻尼器的简支梁桥有限元模型。通过改变地震激励、结构参数和减隔震装置参数,进行了地震荷载作用下多种工况的桥梁震致残余位移分析。结果表明,残余位移对地震波频谱特性较为敏感,且随峰值加速度、剪跨比的增大显著增大,随持续时间和墩高的增加有所增大;残余位移对铅芯橡胶支座和摩擦摆支座参数变化较为敏感,黏滞阻尼器参数变化对其影响较小,可通过增大铅芯橡胶支座屈服力、屈服后刚度、摩擦摆支座摩擦因数、黏滞阻尼器阻尼孔长度、液缸外径、硅油黏度和减小摩擦摆支座曲率半径的方法降低结构震致残余位移。本文研究结果可为桥梁结构抗灾韧性提升提供理论依据。     

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。     

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.     

多跨长联连续梁桥粘滞阻尼器参数敏感性分析

为从有利于减小固定墩地震响应的角度探讨适用于多跨长联连续梁桥的减震措施,以韩江大桥主桥(55+4×90+55)m为工程背景,研究了粘滞阻尼器对该桥抗震性能的影响。基于有限元软件ANSYS建立了全桥动力分析模型;采用Maxwell模型模拟粘滞阻尼器的力学行为;选取3条50年超越概率为2.5%的人工地震波作为地震动输入,并利用非线性动力时程分析方法,对粘滞阻尼器的力学参数速度指数α和阻尼系数C进行了参数敏感性分析;最后,将分析结果与未设置粘滞阻尼器模型的地震响应进行对比分析。分析结果表明:粘滞阻尼器在地震作用下形成了饱满、封闭的滞回环,该滞回环形状规则且包络面积较大,耗能效果良好;固定墩墩底内力和墩顶位移随着阻尼系数的增加而减小,随着速度指数的增加而增大;综合考虑粘滞阻尼器的减震效果,建议本桥粘滞阻尼器力学参数为:速度指数α取0.4,阻尼系数C取4 000 kN/(m?s-1)0.4;与未采用粘滞阻尼器模型相比,固定墩墩底弯矩和剪力平均减震率分别为44.35%、42.52%。固定墩承受的总体水平地震荷载也降低了25%左右,并且所有桥墩承担水平地震荷载也更加均匀,所有桥墩受力更加合理。此外,还防止或减轻了上部结构顺桥向之间的碰撞以及避免了落梁震害的发生。     

天津永定新河特大桥南引桥隔震效果理论分析研究

本文针对天津永定新河特大桥南引桥的抗震问题,采用了铅芯隔震橡胶支座隔震技术,依靠隔震支座延长桥梁的自振周期,增加桥梁结构的附加阻尼,从而降低桥梁的地震力,提高桥梁的安全性.在研究中,应用Ansys有限元分析软件对南引桥在隔震、非隔震两种状态下的地震反应进行了时程分析,同时对支座的参数进行了优化,通过对比分析结果,从理论上验证了铅芯隔震橡胶支座的隔震效果.     

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。     

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.     

剪刀型SMA阻尼器在钢结构减震中的应用

为了将SMA用于结构减隔震,对剪刀型SMA阻尼器进行了优化设计,对其计算模型进行了简化和分析.用有限元模拟方法计算了装有SMA剪刀型阻尼器的9层钢框架结构,在多遇和罕遇地震下的地震响应;探索了阻尼器角度参数对减震效果的影响.结果表明,剪刀型SMA阻尼器具有良好的减震效果,适当调整角度参数可满足不同结构的抗震设计要求.     

现浇梁式楼梯支座形式对结构抗震性能的影响

现浇梁式楼梯在框架结构中普遍使用，但在结构设计中往往被忽略，仅作为竖向荷载作用于结构上。为探究梁式楼梯及其支座形式对结构抗震性能的影响，利用数值模拟技术，对无楼梯框架及带不同支座楼梯框架在地震作用下应力、位移、耗能特性以及混凝土损伤等特性进行分析。分析结果表明：地震作用下，无楼梯框架、固定连接框架和滑动连接框架的柱顶位移分别为15.70、4.37、5.89 mm,表明楼梯结构的存在将增大框架结构整体刚度，改善结构应力分布；滑动支座连接与固定支座连接相比，地震作用下楼梯间结构中钢筋与混凝土的应力峰值分别减小了15%和22%,同时滞回环面积更大，因此滑动支座连接楼梯将更好地改善整体结构耗能及抗震性能。     

自锚式悬索桥动力特性及减震效果

采用时程分析法针对自锚式悬索桥的动力特性进行了试验和理论分析,并分析了非线性黏滞阻尼器对该桥型抗震能力的影响.结果表明,采用梁杆单元建立的悬索桥计算模型可有效地进行结构的地震响应分析,具有良好的可靠性.在主桥纵向设置参数合理的非线性黏滞阻尼器可有效地减小结构在地震作用下控制部位的相对位移,不同程度地改善了结构墩柱部位的地震反应效应,黏滞阻尼器耗能减振效果良好.     

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。     

应用液压阻尼系统(HDS)控制储罐地震响应

为了有效地提高立式圆柱钢制储罐的抗震性能,采用液压阻尼系统(HDS)控制储罐的地震响应.建立了HDS-储罐力学分析模型和储罐的控制目标,通过时程分析法研究了HDS控制参数对储罐动力特性和地震响应的影响规律.结果表明:增大α、c0(液压缸内截面与管路内截面的面积比、阻尼系数),均可提高阻尼比;增大k0(HDS系统中液体的刚度系数)阻尼比降低.增大α,圆频率比减小;增大k0,圆频率比增大,c0的改变不影响圆频率.增大α、k0,c0都能减小有控储罐的位移和绝对加速度反应峰值,有效地减小储罐的地震响应;其中c0的影响最大.HDS对储罐的液固耦合点位移和倾覆力矩控制效果良好,达到50%以上,烈度可降低一度进行储罐的抗震设计.     

基于概率的减震矮塔斜拉桥的结构破坏评估研究

本文以概率地震需求分析为基础,对天津永定新河特大桥主桥采用无阻尼器和有阻尼器的桥梁结构进行了抗震性能评价及对比.对地震动强度指标(IM)、工程需求参数(EDP)进行了研究,根据结构的地震需求危险性曲线,给出了该两种不同类型的结构在五十年内发生不同程度破坏的概率,从而为地震灾害损失评估提供依据.研究表明无阻尼器情况下,五十年内发生碰撞的超越概率为1.9％,接近极限超越概率;有阻尼器情况下,五十年内发生碰撞的超越概率为0.4％,能很好地满足性能水准要求.     

地震作用下抗震与隔震连续梁桥动力响应试验研究

针对某跨海连续梁桥的抗震和隔震性能,通过将其简化,并根据相似比1∶10制作该梁桥单墩抗震与隔震试验模型,采用铅芯橡胶隔震支座,进行抗震及隔震地震模拟振动台试验,研究分别采用120、600、1 200和2 400年一遇地震波输入时结构的加速度响应、隔震支座剪力、墩顶剪力和隔震支座滞回性能,并根据单墩低周往复加载试验结果,判别在不同地震波作用时抗震桥墩和隔震桥墩所处的状态。试验结果显示:隔震后梁桥上部结构地震加速度响应在120和600年一遇地震时减小为抗震结构加速度响应的54%和55%;随着结构响应的增加,隔震位移越大,隔震支座耗能能力越强;采用隔震后,在2 400年一遇地震时,隔震梁桥整个桥墩在弹性范围内,桥墩地震响应小于开裂荷载,而抗震梁桥在600年一遇地震时,桥墩已达到开裂荷载。     

半漂浮体系斜拉桥粘滞阻尼器布置与参数优化

针对某新建半漂浮体系斜拉桥的阻尼器优化布置问题,采用SAP2000建立了全桥三维有限元模型,基于粘滞阻尼器耗能原理,以桥梁关键部位的抗震能力为指标,对比研究纵、横桥向不同阻尼器布置方式的减震效果,并对横桥向阻尼器的性能参数进行优化。研究表明:当不设置阻尼器时,主梁在纵桥向为半漂浮体系,其惯性力基本由索塔承担,导致索塔出现损伤,辅助墩和过渡墩尽管内力较小,但其支座变形超限; 主梁横向惯性力主要由索塔和过渡墩承担,辅助墩由于布置双向支座参与很小,由此导致过渡墩损伤。在纵桥向,在塔梁交接处布置4个阻尼器时,索塔可保持无损状态,支座变形也低于容许值; 在横桥向,将过渡墩单向支座改为双向,并布置双侧阻尼器后,可保证过渡墩处于无损状态,且支座变形低于容许值,此时的优化参数为ξ=0.3、C=3 000 kN/(m/s) ξ。     

高架桥纵向水平地震反应与控制

探讨了高架桥结构多自由度体系纵向地震反应LQR(LinearQuadraticRegulator)半主动控制算法以及计算模型,并利用Matlab语言编制的程序对其进行了数值仿真计算.计算结果表明,将隔震技术与利用MR阻尼器的半主动控制技术相结合,能够有效地减小高架桥的地震反应.并且指出MR阻尼器的设置位置以及结构的参数对控制效果有较大影响;当控制器设置于相邻梁体之间时,在地震作用下主梁与桥墩的位移幅值均有较大降低;当控制器设置于梁体和桥墩之间时,主梁的位移幅值有所降低,但控制效果较小.     

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.     

非一致激励多跨连续梁桥地震反应分析

多跨连续梁桥由于其纵向延伸较大以及桥墩数量较多,在地震波作用分析时应考虑行波效应选择多点激励.以某座13跨预应力连续梁桥为例,运用有限元分析软件midas建立有限元模型,考虑行波效应采用多点激励,运用时程分析方法分析多跨连续梁桥的地震响应,并与一致激励作用下的结果对比.结果表明:非一致激励作用下的结果比一致激励作用下的结果大,并且随着波速的增大,桥梁的地震反应逐渐变小.