SMA金属橡胶阻尼器减振效能试验研究

针对所提出形状记忆合金(shape memory alloy-SMA)金属橡胶减振器开展试验研究.通过拟静力试验着重分析探讨了加载频率和位移幅值对SMA金属橡胶减振器中SMA金属橡胶元件的刚度和阻尼特性等力学性能的影响.试验结果表明:SMA金属橡胶刚度随加载频率和位移幅值的增大而增大,能量耗散系数Ψ基本不受加载频率影响,但随位移幅值的增大而减小;并通过地震模拟振动台试验研究探讨SMA金属橡胶减振器的减振效能.     

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.     

应用SMA阻尼器的巨型框架悬挂结构减震分析

应用形状记忆合金(Shape memory alloy简称SMA)的超弹性和阻尼特性设计了一种新型SMA阻尼器。介绍了这种阻尼器的构造和工作原理;建立了SMA阻尼器的力学分析模型。采用结构动力学有限元方法,分别建立了应用SMA阻尼器控制和无阻尼器控制的巨型框架悬挂结构的三维实体有限元模型,对两种结构体系进行了地震时程分析。结果表明,应用SMA阻尼器控制的结构体系能有效地减小主-子结构的相对和绝对位移、相对和绝对加速度响应。保证了结构的安全性和使用的舒适性,具有很好的减震效果。     

装备SMA耗能阻尼器的框架结构动力响应分析

首先确立了SMA耗能阻尼器的力学模型,以Brinson本构关系为理论依据,基于热力学第一定律建立了耗能阻尼器的热力学非线性方程;然后,建立了在耗能阻尼器作用下的框架结构动力学非线性平衡方程及其求解方法;最后,利用所编制的仿真软件分别对耗能阻尼器的阻尼特性和框架结构的动力响应进行了实例仿真模拟.结果表明,SMA耗能阻尼器具有明显的阻尼特性;对于结构在地震作用下的动力响应具有显著的抑制效果;仿真结果与其他学者的试验结果吻合较好.     

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.     

斜拉索-粘性阻尼器最佳阻尼系数的研究

介绍了斜拉索粘性剪切型阻尼减振器的减振原理,并对拉索阻尼器的最佳阻尼系数进行了分析;仿真计算表明,阻尼器具有良好的减振效果.     

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。     

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.     

考虑阻尼器失效的屈服消能摇摆双层框架墩结构地震反应分析

针对应用延性抗震理念设计的双层桥梁结构震后塑性损伤严重、功能恢复困难的现状，本文基于摇摆理念提出一种屈服消能摇摆双层框架墩结构体系，以控制结构地震损伤和提升结构震后功能可恢复能力。应用拉格朗日方程和动量矩定理建立了该类摇摆结构的刚体动力反应分析模型，并考虑了桥墩复位碰撞造成的能量损失和防屈曲阻尼器的失效。本文以常规双层桥梁结构尺寸的摇摆桥梁为研究对象，采用远场地震动、无脉冲近场地震动和脉冲近场地震动对屈服消能摇摆双层框架墩结构进行了地震反应分析和阻尼器参数分析。分析结果表明：分析屈服消能摇摆双层框架墩结构地震反应时需考虑阻尼器失效的情况，以防止低估结构地震反应的情况发生；阻尼器刚度的增加可提升结构体系减隔震效果，而阻尼器失效伸长量过小不利于结构减隔震。     

两种剪切型拉索减振器的振动试验

利用DASYLab5.0系列软件平台,对高阻尼橡胶阻尼器和黏性剪切型阻尼器进行拉索-阻尼器系统振动试验,分析比较了两者的减振特性。试验结果表明:安装高阻尼橡胶剪切型阻尼器后拉索阻尼有了很大提高,能达到制振要求;黏性剪切型阻尼器制振效果更为突出。     

HDR隔震支座梁桥横向碰撞参数的研究

由近年来的震害调查表明,中小跨径桥梁在横向地震作用下梁体、抗震挡块碰撞破坏现象严重。为寻求减隔震支座在减小中小跨径桥梁横向碰撞效应方面的应用,选用HDR高阻尼隔震支座,建立了考虑支座非线性、墩柱弹塑性、桩土作用的横桥向碰撞模型。采用非线性地震反应时程分析方法,详细研究了HDR支座刚度、接触单元碰撞刚度、初始间隙等参数对隔震梁桥横向碰撞效应的影响。结果表明:采用较大的HDR支座的刚度、合理的挡块刚度,可以有效地减小梁桥的横向碰撞响应。     

基于SMA阻尼器的大跨斜拉桥最优振动控制分析

提出了SMA阻尼器的一种设计结构,对SMA阻尼器在大跨斜拉桥中的应用进行了研究,通过仿真实验进行了振动控制分析,结果表明,SMA阻尼器性能良好,最优控制策略的有效性,最后给出了进一步研究的方向。     

随机桥梁地震可靠度分析的改进最大熵方法

为了对复杂非线性桥梁结构进行随机地震作用下的动力可靠度分析,基于最大熵原理,构建了一种高效的桥梁非线性地震可靠度分析方法。首先阐述了桥梁结构地震可靠度分析与极值分布估计的关系,将桥梁结构的地震可靠度分析转化为对应的极值分布估计;然后建立了复杂桥梁结构非线性地震响应极值分布估计的最大熵方法,针对现有的最大熵分布求解过程受初值影响较大、不容易收敛等问题,提出一种基于似然函数的最大熵分布求解方法,从而实现了桥梁结构地震响应极值分布和地震可靠度的高效求解;最后以一座典型的高墩大跨连续刚构桥为例,通过蒙特卡洛模拟验证所提方法的精度和效率,并将结果与核密度估计和对数正态分布拟合的计算结果进行对比分析。结果表明:基于似然函数的最大熵分布求解方法不仅能够获得全局最优解,而且求解过程不受初值的影响、具有较好的数值稳定性,所提方法能够对随机地震作用下桥梁结构地震响应的极值分布和动力可靠度进行精确估计;核密度估计和对数正态分布无法对小失效概率水平下结构地震响应的极值分布进行估计,建议采用最大熵方法对桥梁结构进行地震可靠度分析。     

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.     

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.     

桥梁抗震2020年度研究进展

地震可能对桥梁结构产生巨大的破坏力,造成桥梁损伤,甚至垮塌。桥梁抗震一直是桥梁领域内的重要研究方向。本文归纳总结了2020年桥梁抗震领域的研究成果和发展趋势,主要包括：探索了用新型材料代替普通混凝土后墩柱的抗震性能;通过振动台实验和数值模拟,验证了摇摆隔震桥墩具有良好的抗震性能;采用碳纤维布护套加固墩柱可以显著提高墩柱的位移延性,减少残余位移;传统单肢转双肢薄壁高墩的抗震性能更好,主筋率较高的双肢薄壁墩滞回曲线较为饱满,耗能性能良好,提高轴压比显著提高桥墩的延性性能;带消能连梁的矩形空心双柱式高墩具有更好的耗能能力、承载能力和位移延性能力;采用摩擦摆支座加限位耗能杆的减隔震体系,具有良好减隔震效果,内力减震率可达20%以上;研究了用新型无粘结钢网橡胶支座（USRB）代替桥梁中无粘结叠层橡胶支座（ULNR）的可靠性;通过数值模拟,探究了近场地震动和土结构相互作用对桥梁动力响应的影响。     

基于阻尼器参数选择的桥梁结构抗震分析

分析了液压阻尼器的工作原理,以某大跨度斜拉桥为例,通过建立有限元模型,对桥梁结构的动力特性和抗震性能进行分析,探讨了不同阻尼系数对桥梁关键节点的地震响应。     

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。     

考虑墩-梁碰撞效应的连续刚构桥系统易损性 与概率地震风险性分析

为研究连续刚构桥主梁与过渡墩碰撞效应对其地震系统易损性和概率地震风险性的影响,以一座主桥跨径为(120+220+120)m的连续刚构桥为研究背景,先通过模拟实际施工过程以获得真实成桥内力状态,然后基于等效荷载法建立考虑该内力状态的动力弹塑性分析模型,再采用Hertz-damp接触模型着重考虑包括主梁与过渡墩碰撞在内的伸缩缝处碰撞效应。选取90条具有速度脉冲的脉冲型近断层地震动沿纵桥向输入,通过时程分析解释了墩梁碰撞过程和破坏机理;采用增量动力分析法,通过考虑桥墩和支座权重系数建立全桥的复合系统易损性曲线,并与一阶界限法串联模型下限和并联模型上限系统易损性曲线进行对比,还将场地危险性函数与易损性函数卷积从而建立概率地震风险曲线,进而考察桥梁系统易损性和概率地震风险性,以及墩梁碰撞效应的影响。结果表明：若忽略过渡墩与主桥梁体的碰撞效应,过渡墩的位移反应将会低估3~5倍,其地震风险性概率低估120%,当地震动强度为0.2g~0.6g时轻微破坏和中等破坏的损伤概率被低估了35%~80%,地震动强度为0.6g~1.5g时严重破坏和完全破坏分别被低估了13%~68%和15%~59%。