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.     

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。     

千米级斜拉桥的横向减震体系研究

为了确定千米级斜拉桥合理的横向减震体系,首先建立了千米级斜拉桥有限元模型,对其进行了横桥向的地震易损性分析,得到了横向地震易损性部位;然后在边墩、梁之间分别采用:滑动摩擦型支座,滑动摩擦型支座+液体粘滞阻尼器,FPI(Friction Pendulum Isolation)支座+液体粘滞阻尼器的三种方式建立了三种横向减震体系;其次分别对上述三种横向减震体系,进行了非线性动力时程分析,并且研究了横向减震参数的设置;最后进行了数据的分析,提出横向减震体系的设计要求,液体粘滞阻尼器设置的正确位置,并建议选用千米级斜拉桥的最合理的横向防震体系和分析方法。     

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。     

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

高烈度地震区大跨度连续梁桥一般采用减隔震设计以减小结构地震响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,以一座高烈度地震区高速铁路大跨度连续梁桥为背景,设计多种减隔震布置方案开展桥梁系统地震易损性分析,并基于全寿命周期成本最小准则探讨了该连续梁桥在全寿命期内各减隔震方案的经济性。结果表明:全桥采用双曲面球型隔震支座和液体黏滞阻尼器配合使用方案是全寿命周期地震损失最小的方案,但高达622×10~4元的减隔震措施费用引起桥梁初始成本过高,致使该方案经济性较差;全桥布置双曲面球型隔震支座、边墩配置液体黏滞阻尼器的方案在满足抗震设防要求的同时,大幅降低了桥梁初始成本,实现了结构减隔震措施造价与损失期望的有机平衡,为本算例桥梁减隔震设计中的最优方案。作者提出的桥梁减隔震方案研究方法有效弥补了当前在减隔震设计中主要考虑桥梁抗震性能而忽略其经济效益的不足,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。     

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。     

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。     

组合减震装置在连体结构高空连廊中的应用

为了保证高层连体结构连廊在地震作用下的使用安全以及减小连廊和主体结构之间的相互作用,在某复杂高层的连廊与主体结构连接处设置了铅芯橡胶支座和速度型粘滞阻尼器的组合减隔震装置．对连体结构进行在多种地震组合作用下的动力时程分析,计算结果表明该支座和阻尼器的组合装置对连廊和主体结构具有良好的减震消能作用,并且增设了本隔震装置后连体结构的各项指标均能满足抗震设计的要求．     

考虑地震动行波效应的大跨双塔斜拉桥粘滞阻尼器减震效率分析

为揭示地震动行波效应对大跨斜拉桥粘滞阻尼器减震效率的影响规律,以一座主跨810 m大跨斜拉桥为研究对象,采用Midas/civil有限元软件建立全桥三维动力分析模型,基于大质量法(LMM)实现地震的行波激励,通过对比不同视波速地震下大跨斜拉桥的关键部位响应,探讨地震动行波效应对粘滞阻尼器减震效率的影响规律,探究考虑地震动行波效应时大跨斜拉桥粘滞阻尼器的合理设置参数。结果表明：在不同视波速地震下,非线性粘滞阻尼器可降低大跨斜拉桥关键部位响应,但地震动的行波效应对粘滞阻尼器的减震效率有较大影响,不同视波速下粘滞阻尼器的最优设置参数也不同,仅考虑一致激励下粘滞阻尼器的合理参数,可能在行波地震激励下其减震效率不高;综合不同视波速下粘滞阻尼器的参数分析结果,提出了该桥考虑地震动行波效应的粘滞阻尼器最优参数设置建议。     

地震作用下基于需求能力比的大跨度CFST拱桥粘滞阻尼器减震效率分析

为了解地震作用下粘滞阻尼器对大跨度钢管混凝土拱桥的减震效果,以一座大跨度CFST拱桥为对象,采用SAP2000有限元软件建立全桥三维非线性动力分析模型,通过对比不同粘滞阻尼器参数下大跨度CFST拱桥易损部分需求能力比的变化,探讨地震作用下大跨度CFST拱桥粘滞阻尼器的减震效率及其合理设置参数。结果表明:在地震作用下,拱肋是大跨度CFST抗震最薄弱构件,其最易损部位位于两侧拱脚处;粘滞阻尼器对大跨度CFST拱桥的地震响应有较大影响,不同粘滞阻尼器参数下的减震效率差异较大;综合粘滞阻尼器参数分析结果,提出了该桥粘滞阻尼器最优设置参数的建议。     

磁流变阻尼器被动隔震振动台试验研究

目的检验磁流变阻尼器应用于结构被动隔震控制下的减震效果．方法对1：4缩尺比例的结构模型进行橡胶垫与磁流变阻尼器联合控制下的振动台试验，试验采用对磁流变阻尼器施加零电压和最大电压控制。来模拟结构在阻尼器被动摩擦阻尼和被动粘滞阻尼两种控制方式下。隔震上部结构和隔震层的的动力响应．结果应用磁流变阻尼器对结构进行的两种被动控制，均能起到很好的减震效果．其中被动摩擦控制可对隔震结构在大震下的隔震层位移起到限位作用；被动粘滞阻尼控制可对隔震结构小震下上部结构的加速度反应进行很好的控制．结论采用橡胶垫联合磁流变阻尼器对结构进行被动隔震控制，控制方法简便易行，控制效果良好．     

基于主动控制优化被动黏滞阻尼器及混合隔震研究

针对隔震结构在超防烈度下隔震层位移响应过大问题,提出了基于主动控制算法优化被动粘滞阻尼器的策略。并将被动粘滞阻尼器安装于基础隔震结构形成被动混合控制结构,采用此被动混合控制能够基本实现主动混合控制的控制效果,实现以更加经济简便的方式解决隔震结构在超防烈度下隔震层位移响应过大问题。首先将主动控制装置设置于隔震层形成主动混合隔震控制体系,采用主动控制算法获取隔震层主动控制力与速度特性,其次,利用主动控制力与速度关系曲线,通过最小二乘法拟合被动粘滞阻尼器的最优阻尼系数与速度指数,最后将设计出的被动粘滞阻尼器安装于隔震层,形成被动混合隔震控制体系。以一栋七层基础隔震结构为受控模型,通过对主动混合隔震控制体系与被动混合隔震控制体系的仿真分析可知：主动混合隔震控制对隔震层位移的减震率分别为39.41%,45.04%及55.54%;被动混合隔震控制对隔震层位移的减震率分别为36.40%,44.30%及52.51%;被动混合隔震控制对于隔震层位移的减震率能够达到主动混合隔震控制效果的90%以上,被动混合隔震控制对于隔震层加速度响应的减震率能够达到主动混合隔震控制的60%以上,被动混合控制也同样实现了减小隔震层地震响应的同时不增加上部结构的响应,依据主动控制算法设计的被动粘滞阻尼器形成的被动混合控制结构能够基本实现主动控制的效果。说明依据主动控制设计被动粘滞阻尼器实现主动控制效果的思想的可行性。     

浮放文物隔震保护与振动台试验

浮放文物在地震中往往遭受严重破坏,隔震技术是保护文物安全的有效手段。采用模块式金属隔震支座对浮放花瓶进行振动台试验,验证了隔震装置的可行性。隔震支座由金属板、直线导轨、滑块、弹簧和摩擦阻尼器组成,具有模块化特征,可根据设计需要调整弹簧、摩擦阻尼器的数量和位置。导轨和滑块用于限制隔震支座的运动方向并防止支座发生倾覆;弹簧用于调节隔震支座的水平刚度,通过施加预紧力提供自复位能力;摩擦阻尼器用于控制隔震支座的水平变形,耗能能力可调节。研究结果表明：隔震支座的隔震效果与PGA有关,减震率随着PGA增大而降低,隔震支座顶部加速度响应为振动台台面的28.10%-78.01%;隔震支座实际残余位移在不同地震动类型、地震动强度下均小于设计值,通过调节摩擦阻尼器、弹簧的参数,残余位移可控;文物滑动、倾覆现象与计算结果相符,隔震支座可防止文物在地震作用下产生倾覆,必要时仍需要采取传统抗震措施辅助;用于小型文物的隔震支座设计时应充分考虑减震率、隔震位移需求、支座变形能力限制和自复位能力,各个目标有时难以同时满足,需要取舍。     

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.     

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。     

装有带间隙E型钢阻尼支座的大跨连续梁桥地震响应分析

E型钢阻尼支座在大跨连续梁桥减隔震应用中具有较好效果。但随着温度升降,在支座均布的情况下,隔震支座产生较大初始位移和初始力,甚至进入屈服状态,且循环往复容易疲劳,严重影响其安全性和使用寿命。针对这个问题设计了一种带滑移间隙的E型钢阻尼支座来减小大跨连续梁桥的地震响应,并通过一个工程实例对这种隔震支座的减隔震效应进行研究。结果表明:带间隙E型钢阻尼支座对大跨连续梁桥温度变形有很好的适应性,不会产生较大初始变形和初始力,且隔震性能较好。     

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。     

缓冲型拉索减震支座脉冲地震下减震性能

为了解决脉冲型地震作用下桥梁结构地震响应较大的问题,通过拉索差异化布置、增设弹簧缓冲装置等方法对现有拉索减震支座进行改进,提出缓冲型拉索减震支座装置。本文阐述了缓冲型拉索减震支座的设计思想和工作原理,以实际工程为背景,应用SAP2000有限元分析软件建立连续梁桥模型,对比缓冲型拉索减震支座和拉索减震支座在脉冲型地震作用下抗震性能的异同,研究了缓冲型拉索减震支座设计参数对脉冲型地震作用下桥梁减隔震性能的影响规律。分析结果表明:缓冲型拉索减震支座在脉冲型地震作用下能够实现力和位移的合理调节,可以起到较好的减隔震效果。     

双曲面球型减隔震支座在临河黄河特大桥上的应用

超长联大跨连续梁桥体型庞大、头重脚轻,在地震工况下,下部结构的强度要求和变形较大.传统的结构抗震设计方法是增大桥墩和基础的截面尺寸以及配筋量,不仅会增加下部结构造价,还会给施工带来一定的困难.结合临河黄河特大桥的抗震设计,研究双曲面球型摩擦摆隔震支座在桥梁抗震设计中的应用,并采用有限元计算程序SAP2000对该桥进行了抗震效果模拟.结果表明,采用双曲面球型减隔震支座与常规方案相比,可显著降低墩底内力,有效地解决了下部结构截面设计难以满足受力的技术难题,经济技术优势显著.     

三维地震作用下应用FPB单层球面网壳抗震性能

为准确确定三维地震作用下应用摩擦摆支座(FPB)单层球面网壳结构的减震效果,在精细化建模基础上,分析了摩擦摆支座的隔震机理,并对摩擦摆支座单层球面网壳结构从静力和动力两个方面进行分析.静力荷载作用下,从结构内力、变形和稳定性3个方面分析摩擦摆支座对网壳结构静力力学性能的影响;三维地震作用下,应用动力时程分析方法分析了地震动强度以及摩擦摆支座参数对单层球面网壳抗震性能的影响规律.结果表明:静力作用下,加强外环杆件能有效改善摩擦摆支座对网壳结构的不利影响;三维地震作用下,地震动强度越大,摩擦摆支座隔震性能越好;摩擦摆支座的最优摩擦系数随着地震动强度的增大而增加;摩擦摆支座曲率半径越大网壳结构的抗震性能越好.