基于性能的无支座自复位桥梁抗震设计

为了提高桥梁结构的抗震性能,有效地控制地震损伤并保证震后结构性能,本文研发了一种无支座自复位桥梁结构体系,阐明了这种新型桥梁结构体系的结构构成及其抗震作用机理;根据其结构特性和功能需求提出无支座自复位桥梁结构设计目标,分别给出了正常使用极限状态、承载能力极限状态下的设计要求,并着重对地震状况下两阶段设计目标进行明确;并根据基于性能的无支座自复位桥梁的抗震设计方法给出了其抗震设防目标及抗震性能目标。进行了自复位桥墩1/3缩尺的拟静力试验研究,试验结果表明:双柱式自复位桥墩体系不仅具有良好的自复位能力、残余位移较小,且具有足够的刚度和位移延性;双柱式自复位桥墩在循环荷载作用下会发生上下摇摆界面的交替开合,不会发生现浇混凝土桥墩出现的塑性铰现象,外置耗能装置先于桥墩破坏,有效地避免了桥墩的损伤破坏。在局部构造合理的条件下,摇摆界面处的混凝土受到了很好的保护,极大地减小了桥墩墩身的破坏。在此基础上,根据提出的抗震设防目标,对一座无支座自复位桥梁工程进行了设计,开创了无支座自复位桥梁应用的先例,为无支座自复位桥梁抗震设计标准和依据积累了经验。     

拉索减震支座桥梁地震易损性分析

拉索减震支座设计合理地解决了减隔震效果的根本问题,既实现了桥梁结构地震反应的力与位移合理平衡,还具有显著的防落梁效果。本文引入了基于性能的地震工程理论框架,通过建立一座三跨连续梁桥有限元模型,并采用多维损伤准则对不同拉索减震支座设计参数的桥梁结构进行了概率地震需求分析与易损性分析。计算结果表明,拉索减震支座的设计参数能够很大程度上影响到桥梁结构的易损概率,在减震设计时需要进行支座参数优化设计,使得桥梁结构地震反应的力与位移达到合理平衡。本文所建立的概率地震易损性方法同样也适用于其他类型减隔震支座,也为以后进一步在此基础上发展经济性分析与决策分析打下基础。     

复合式金属阻尼器在曲线梁桥减震控制中的应用研究

为了研究复合式金属阻尼器在曲线梁桥减震控制中的应用效果,以一座曲线连续梁桥为例,对其进行了地震作用下的动力弹塑性分析,研究了复合式金属阻尼器在曲线梁桥减震控制上的应用,并且与安装了传统防落梁装置的曲线梁桥结构的地震响应进行了对比。研究结果表明:复合式金属型阻尼器对支座变形的减震率在55%~65%之间,对固定墩墩底弯矩的减震率在50%~55%之间,可以有效地降低曲线梁桥结构在地震中的响应;与传统的防落梁转置相比,复合式金属型阻尼器在地震作用下有着良好的滞回耗能能力,使桥梁具有较高的安全储备,在桥梁的抗震设计中可以取代传统的防落梁拉杆装置;当支座出现较大变形的时候,复合式金属型阻尼器的出力在较小位移下能显著提高,起到限位的作用,防止支座破坏和落梁的发生。     

旋转质量摩擦阻尼器限位摩擦摆隔震桥梁地震响应分析

针对现有隔震桥梁限位装置以及摩擦阻尼器存在的不足，利用机械领域常用的滚珠丝杠提出一种具有响应放大和负刚度效应的新型旋转质量摩擦阻尼器(Rotational Mass Friction Damper, RMFD)限位装置，介绍该装置的构造及作用机理，推导装置的恢复力计算公式，进行拟静力试验，设计装置在隔震桥梁中的布置方式，给出了在SAP2000中实现RMFD装置恢复力模型的方法，利用MATLAB和SAP2000对同一单自由度结构的响应进行对比，验证了方法的有效性。进而以某一6跨连续摩擦摆隔震桥梁为研究对象，利用SAP2000软件对比分析大震下非隔震桥梁、摩擦摆隔震桥梁以及RMFD限位摩擦摆隔震桥梁的地震响应、减震率、支座位移控制效果，以及等效摩擦力变化时墩柱响应峰值、减震率及墩柱损伤状态的变化情况。结果表明：RMFD作为桥梁隔震限位装置，仅需要较小的螺栓预紧力即可获得较大的RMFD阻尼器出力，位移行程大、耗能能力强，能够有效地将隔震层的位移控制在允许范围之内，避免支座位移超限引起的落梁、碰撞等震害的发生；同时，桥墩的墩底剪力、墩顶位移等地震反应稍有增大，减震率有所降低，但降幅均在10%以...     

限位装置对滑动摩擦隔震桥梁地震反应的影响研究

为防止滑动摩擦隔震桥梁位移过大对临跨造成不利的影响,可在桥墩上设置限位装置限制墩梁相对滑动位移,降低滑动摩擦隔震桥梁的纵向位移。本文提出了滑动摩擦隔震支座和限位装置同时使用的抗震构造措施,利用滑动摩擦隔震支座降低固定墩的地震反应,利用限位装置降低墩梁相对滑动位移。建立了同时考虑支座滑动摩擦非线性、限位装置接触碰撞及其材料非线性和桥墩材料非线性的桥梁结构非线性地震反应分析模型,改变活动支座摩擦系数、限位装置与梁体之间的碰撞初始间隙等参数,进行了非线性时程反应分析,针对限位装置对滑动摩擦隔震桥梁的非线性地震反应的影响进行了综合分析。研究表明,限位装置对于限制滑动摩擦隔震桥梁的梁部位移、均衡地震动输入能量在各墩之间的分配有着较大的作用。设计时可通过详细的有限元分析,改变限位装置的间距、刚度等设计参数,使限位装置起到降低滑动摩擦隔震桥梁的纵向位移而不显著增加固定墩地震反应的作用。     

地震动速度脉冲对减隔震连续梁桥纵向地震响应的影响

本文分别选取台湾集集和Imperial Valley地震中有、无速度脉冲效应的两类实际地震记录作为地震动输入,基于一座实际连续梁桥,通过SAP2000软件建立有限元分析模型,以铅芯橡胶支座、拉索减震支座为研究对象,以非减震体系为对比,系统考察了速度脉冲对减隔震连续梁桥纵向地震响应的影响。结果表明:速度脉冲对非减震以及减隔震连续梁桥的纵向地震响应均有放大作用;在速度脉冲作用下,与非减震桥梁结构相比,虽然铅芯橡胶支座能较大程度减小地震内力响应,但支座变形能力无法满足变形需求,而拉索减震支座在实现减小桥梁地震内力响应的同时仍具有较好的限位能力,重视力与位移之间的平衡,具有较好的减隔震效果。     

无支座自复位桥梁研究与应用

本项目研发了一种无支座自复位桥梁结构体系,提出了无支座自复位桥墩抗震结构及构造,开展了理论分析和模型试验,建立了无支座自复位桥梁设计标准及其基于位移的抗震设计理论和方法,完善和发展了桥梁抗震设计理论,并在京台高速黄徐路分离式立交桥中完成了我国首座无支座自复位桥梁实桥应用。无支座自复位桥梁的研究与应用,从性能上保证了桥梁结构抗震安全,具有重要的社会价值和广泛的社会效益。     

设置限位器的双向隔震铁路桥梁动力响应特性研究

通过在铅芯橡胶支座的两侧安装X型钢棒,形成有限位功能的铁路桥梁专用的双向隔震支座,有效限制中、小地震作用下支座的相对位移,保证中、小地震作用下轨道结构不发生破坏,以及列车运行的安全性。利用反应谱法设计铅芯橡胶支座和X型钢棒限位器,并采用ANSYS建立精细有限元模型,对铅芯橡胶支座双向隔震桥梁模型和采用新型双向隔震支座的桥梁模型进行地震时程响应的对比分析。分析结果表明,新型隔震支座在中、小地震下有效限制桥梁上部结构的位移,保护轨道结构不破坏,大震时具有较好的隔震减震效果。     

铁路桥梁新型钢阻尼支座滞回性能研究

根据支座功能分离概念和阻尼器串联方式,将支座滑动效应和减震榫塑性耗能两种优良的桥梁减、隔震措施有效地结合,提出一种应用于铁路桥梁的新型钢阻尼支座。这种支座由滑动支座和减震榫共同组成,其中滑动支座承担上部结构的竖向荷载,在地震作用下滑动支座仅进行整体滑动,不会发生变形,从而保护支座在震后的正常使用,地震水平力完全由减震榫承担;并且根据减震榫屈服后出现的应变强化效应,其能够有效地减小支座滑动所带来的较大的墩梁相对位移,从而防止落梁和碰撞的危害。根据等强度理论推导了钢阻尼支座中减震榫的设计方法;通过对钢阻尼支座拟静力试验结果的分析,发现钢阻尼支座具有稳定的滞回性能和良好的耗能能力,能够有效地减小桥梁地震响应。     

高铁隔震桥梁横向限位装置的研究

我国属于地震多发的国家,在地震作用下,隔震桥梁可能发生落梁。基于摩擦摆支座隔震装置,在大震作用下,为减小支座的位移,需要在横桥向加横向限位装置,但因限位装置参与桥梁受力,改变桥墩受力模式。为分析限位装置的作用,采用非线性时程分析方法进行研究,对比得出:加了限位装置能有效地减小墩梁相对位移,但增加了桥墩的地震影响。     

成都博物馆基础隔震结构隔震层抗拉性能设计研究

对不规则结构进行基础隔震时,在地震作用下会在隔震层的局部位置产生较大拉力,橡胶隔震支座易受拉破坏进而影响结构安全性。而采用抗拉限位装置可有效解决隔震层抗拉问题,但相关规范对此未提出相应设计方法及安全性能设计指标。结合已建成的成都博物馆基础隔震工程,通过橡胶隔震支座竖向拉伸及剪拉试验,提出橡胶隔震支座抗拉性能设计指标,并配套开发提升橡胶隔震层抗拉性能的抗拉限位装置,通过对整体结构模型在不同强度地震作用时程分析,提出了该不规则结构基础隔震时隔震层抗拉性能的设计方法及设计指标。研究实现了8度罕遇地震作用时,抗拉限位装置不参与工作或保持弹性工作状态;9度罕遇地震作用时,抗拉限位装置处于不屈服状态,橡胶隔震支座出现塑性,但仍具有很高的拉伸承载能力。     

橡胶支座基础隔震结构隔震层软限位加固方法研究

按现行建筑抗震规范建造的橡胶支座基础隔震结构遭遇远场大震或近断层脉冲型地震作用时,隔震层可能发生过大变形,造成隔震支座侧倾失稳。本文提出隔震层软限位加固方案,给出软限位加固主要参数预留距离、限位刚度、阻尼的设计与优化方法。取一栋橡胶支座基础隔震钢筋混凝土框架结构,以近断层地震动作用为例,对软限位加固参数的设计与优化进行了介绍。优化软限位加固设计参数,可获得隔震层限位与上部结构减震的良好效果。同时给出了两种适用的软限位加固装置。     

刚构体系斜拉桥横向减震分析研究

建立了刚构体系斜拉桥有限元模型,进行了结构自振特性分析,对设不设置铅芯橡胶支座的2种模型进行了地震响应分析,并对减震支座参数进行了合理性研究。结果表明:刚构体系斜拉桥设置铅芯橡胶支座可以获得良好的减震效果。该结论可供同类型桥梁减震设计参考。     

近场地震作用下采用拉索减震支座桥梁纵向地震响应特性

选择台湾集集近场地震记录作为地震动输入,以常规盆式支座和铅芯减隔震支座为对比,系统考察了近场地震动的速度脉冲效应、破裂方向性效应、上盘效应对采用拉索减震支座连续梁桥纵向地震响应的影响,并且对拉索减震支座进行了参数分析。计算结果表明,近场地震三种效应对采用三种支座的连续梁桥的地震响应都有放大效应;拉索减震支座同铅芯减隔震支座比较,对于位移的放大效应有明显的减小,对于在近场强震情况下通常由位移控制的减隔震连续桥梁,突出显示了其限位优势,能够实现力和位移的完美调节;通过调整拉索减震支座的摩擦系数和拉索自由程能达到更理想的减隔震效果,控制结构的位移,防止落梁、碰撞等灾害发生。     

近断层地震作用下基础隔震层弹簧限位振动台试验研究

近断层脉冲型地震作用下基础隔震结构隔震层会产生过大变形,导致隔震支座侧倾失稳,隔震体系破坏.本文设计制作了一个3层基础隔震钢框架试验模型与三类钢弹簧软碰撞限位器,进行了近断层脉冲型地震作用下基础隔震层软碰撞限位振动台模型试验.试验表明,弹簧限位器具有很好的弹性性能,近断层地震作用下基础隔震层软限位可有效控制隔震层变形,隔震结构体系减震效果良好.     

桥梁新型减隔震支座的研究进展

介绍了桥梁减隔震体系的工作原理,回顾了减隔震支座中常用的滑动摩擦体系、橡胶类体系、钢耗能体系的基本特点、设计参数及工程应用实例.在此基础上重点介绍了变曲率摩擦摆锤支座(VCFPS)、双凹面摩擦摆锤支座(DCFP)、滚轴支座(RBS)等新型减震支座.这些支座设计参数灵活、对地震强度和频谱特性适应性强,应用前景广阔.随后提出在桥梁新型减隔震支座设计中应重视支座对动荷载的适应能力,在立足发展减隔震设计理论的同时应尽快制定适合我国国情和材料性能特点的减隔震支座设计规范.     

橡胶支座在浅埋地下框架结构中的减震效果研究

基于浅埋地下框架结构的破坏机理和减小中柱水平变形的局部减震设计理念,探讨了橡胶支座在地下车站结构中的适用性和有效性。首先从理论上阐明了地下车站中柱柱顶设置橡胶支座的减震原理,然后建立橡胶支座的三维精细化有限元模型,采用动力时程分析方法,对比研究了天然叠层橡胶支座(LNR)和铅芯橡胶支座(LRB)两种类型减震装置在地下车站中的减震效果。最后,探讨了橡胶支座水平刚度特性对结构体系减震效果的影响规律。研究表明:柱顶设置橡胶支座改变了结构的抗侧力分配,大幅度降低了地下车站中柱的地震响应,并且相比于LRB,LNR表现出更好的减震效果。此外,随着LNR水平刚度的增大,中柱的减震效果逐渐减弱,但对支座位移及侧墙变形起到了有利的控制作用。因此,合理地选择橡胶支座类型及参数,可实现地下结构的减震控制和支座性能的优化。     

自复位结构抗震性能研究综述

自复位结构体系是为了使结构在地震后不发生破坏或破坏发生在可更换构件上,以保证地震后结构较快恢复使用功能而提出的。阐述了自复位结构抗震性能研究的重要性和自复位结构体系的组成及其分类,分别介绍了放松柱脚与基础间约束的自复位摇摆结构、放松梁柱间约束的横向自复位框架结构、自复位耗能支撑及自复位支撑框架的抗震性能最新研究进展。表明将摇摆技术应用于结构并在摇摆(开合)界面设置耗能减震元件能有效提高结构的抗震性能,将损伤控制在可更换的耗能元件上,减小主体结构震后残余变形。由于地震作用的不确定性,自复位结构在不同水准地震下的破坏模式、极限状态还需进一步研究,对于工程实际的应用,提出一种有效的自复位结构抗震设计方法也十分迫切。     

桥梁抗震设计关键点与减震、隔震设计的应用

主要研究地震作用对公路桥梁结构的影响。从桥梁抗震设计关键点和减震、隔震设计两个方面进行分析,对国内部分桥梁在地震中的破坏形式做了总结,以此为基础介绍了桥梁不同部位相关的抗震设计和减震、隔震设计,并着重介绍了减震、隔震支座在抗震中设计发挥的作用。     

高速公路梁桥抗震支座减震效果对比分析

以某高速公路梁桥为对象,通过全桥动力非线性时程分析,对比了摩擦摆支座、板式支座和盆式支座的地震响应,探讨了摩擦摆支座对桥梁结构的减震性能。结果表明:相对于板式支座和盆式支座,摩擦摆支座的减震效果较好;设置摩擦摆支座能够大幅减小各活动墩支座的位移响应,极大程度上避免了主梁纵向碰撞和落梁等震害的发生;较板式支座和盆式支座,摩擦摆支座极大缓解了下部承受的地震力,可大幅度降低地震对桥梁下部结构的破坏,从而提高桥梁结构抗震能力。