曲线连续梁桥的磁流变阻尼器减震控制

建立双支承曲线连续梁桥的空间有限元模型和减震控制动力仿真模型,根据连续梁桥的支座布置在各活动支座的切向设置8组磁流变阻尼器,在纵桥向输入3种不同频谱特点的地震动,计算分析了曲线连续梁桥地震反应主动控制、半主动控制和被动控制方法的减震效果.结果表明,磁流变阻尼器能够有效地减小曲线梁桥的主梁切向位移和固定墩墩底的弯矩与扭矩...     

曲线桥梁弯扭耦合减震半主动控制分析

理论研究与震害经验表明,地震时曲线桥梁会产生弯扭耦合振动。为了减少弯扭耦合的地震反应,提出了利用压电摩擦阻尼器进行曲线桥梁地震反应半主动控制的方法,建立曲线桥梁空间有限元模型,在桥台支座部位设置半主动控制阻尼器,在不同地震波入射角情况下分析了半主动控制算法的减震效果。结果表明,半主动控制界限Hrovat最优控制算法能有效地减小曲线桥梁地震反应,其控制效果优于简单Bang-bang控制算法,而始终提供最大阻尼力的被动控制方法会增大桥梁地震反应,并不是被动控制阻尼力越大越好。     

斜拉索磁流变智能阻尼控制系统分析与设计

在结构主动、半主动和智能控制系统优化设计方法的基础上,研究了斜拉索磁流变智能阻尼控制系统的设计方法,并采用所建立的设计方法完成了山东滨州黄河公路大桥斜拉索磁流变智能阻尼减振系统的优化设计。采用限界HROVAT最优控制算法确定磁流变阻尼器的半主动控制力,数值计算了斜拉索磁流变阻尼控制系统的风振反应。进一步分析比较了主动控制、半主动控制、Passive-on被动控制和Passive-off被动控制策略下的磁流变阻尼器控制斜拉索风致振动的控制效果,验证了磁流变阻尼器优化设计方法的正确性和磁流变阻尼器控制策略的有效性。     

铁路简支梁桥中减震榫的设计及其减震性能研究

针对高速铁路桥梁整体刚度大导致地震反应相应较大的问题,提出一种适用于高速铁路桥梁的软钢阻尼器——减震榫,并与滑动支座共同作用,组成一种新的减震支座系统。采用双线性滞回恢复力模型描述减震榫的滞回耗能特性,以某四跨高速铁路简支梁桥为例,分析减震榫-滑动支座系统的减震性能及墩高对减震效果的影响。分析结果表明:采用减震榫-滑动支座体系,墩底剪力、墩底弯矩及墩顶位移均大幅减小,减震效果十分明显;合理地设置减震榫的参数,可实现支座系统的多级抗震性能指标;墩高对减震榫的减震效果影响较大,针对不同的桥梁结构,减震榫设置应单独进行参数分析以达到最优的减震效果。     

斜拉桥拉索的MR半主动控制研究

根据LQR最优控制理论,结合面向速度剪切(Clipped Optimal)控制算法及修正的磁流变(MR)阻尼器Bouc Wen模型,提出了LQR Clipped半主动控制算法,应用拉索振动的差分离散模型,对斜拉索的面内振动进行了被动、主动及半主动控制研究,分析了MR阻尼器对斜拉索的振动控制效果。研究结果表明:MR阻尼器被动控制能够提供的模态阻尼比可以达到最优油阻尼器控制的值,但MR被动控制存在一个最优输入电压,最优电压值与需控制的第几阶模态有关;与油阻尼器被动控制相比,MR半主动控制可以有效地提高模态阻尼比,尤其在阻尼器位置距索端很近时仍有较好的控制效果。     

小箱梁桥横向减震体系及其耗能特性

为改善小箱梁桥的横向抗震性能,以三角形钢板为基本耗能构件,提出板式橡胶支座与钢阻尼器组合、板式橡胶支座与钢挡块组合2种横向减震体系,详细阐述了2种减震装置的构造特点和力学特性。钢挡块体系的挡块间隙取板式橡胶支座发生滑动时的位移,以充分发挥支座的柔性减震作用。以一座简支小箱梁桥为例,在成本相同的前提下,研究2种减震装置屈服力变化对减震效果的影响,阐明了减震体系主要力学参数的确定方法,并采用非线性时程反应分析方法,对2种减震体系的耗能特性进行深入分析。选取2条典型的地震动输入,分析了2种减震体系对墩梁相对位移、最大墩底弯矩的影响和各自减震装置的耗能机制。结果表明:地震下钢阻尼器耗能大,通过提供耗能及较大的恢复力能有效控制墩梁相对位移,而钢挡块耗能小,主要通过提供恢复力来控制墩梁相对位移,因而阻尼器体系的限位效果要显著优于挡块体系;在一定范围内,增大钢阻尼器(挡块)屈服力可以显著减小最大墩梁相对位移,但不会明显增大下部结构地震力;当地震动输入在正负方向能量分布不均时,钢挡块体系中梁体频繁撞击一侧挡块,挡块的滞回圈数会显著减少,支座较易遭受地震损伤;而钢阻尼器体系更能适应不同的地震动输入。     

曲率半径变化对曲线梁桥粘滞阻尼器减震效果的影响

建立某曲线刚构-连续组合梁桥的空间有限元计算模型,在桥梁活动支座部位设置粘滞阻尼器,进而考虑曲率半径的变化,计算分析了结构在3条3向地震动作用下曲率半径变化对结构反应以及粘滞阻尼器减震效果的影响.结果表明:不添加阻尼器的曲线梁桥的动力反应不仅与曲线桥的曲率半径有关,而且还跟地震动特性有关;添加粘滞阻尼器后控制点内力在不同地震动作用下均随着曲线桥曲率半径的增大而增大;粘滞阻尼器对于曲线桥控制点内力和主梁位移的减震率在不同地震动作用下均随曲线桥曲率半径的增大而减小.为粘滞阻尼器在不同半径曲线梁桥上的应用提供了理论指导.     

桥梁顺桥向抗震减震措施研究

针对某倒虹吸跨河大桥抗震问题，对聚四氟乙烯滑板支座、铅芯—橡胶支座和液体粘滞阻尼器三种减震方案与原设计板式橡胶支座结构顺桥向减震效果进行了对比分析研究，提出了k＝1．5kN／mm、μ＝0．25的GZY300型铅芯一橡胶支座减震方案为减震结构推荐方案。该推荐结构平均地震响应比原设计降低了54．3％，减震效果显著。采取减震措施的桥梁及其倒虹吸钢管在地震作用下相当于设计烈度降低一度。     

强震后铅芯橡胶支座在简支梁桥恢复重建中的应用

强震后简支梁桥恢复重建处治技术是一个难点。该文依托汶川地震映汶路映秀岷江大桥恢复重建工程,对采用铅芯橡胶支座代替板式橡胶支座的简支梁桥的减震性能及减震效果进行研究。研究结果表明:采用铅芯橡胶支座桥梁结构剪力减震率均在48%以上,轴力减震率均在37%以上,弯矩减震率均在55%以上,顺桥向的桥墩底部基本上处于弹性阶段,尚未进入塑性状态,同时保证了桥墩底部斜截面抗剪的需要,极大地提高了结构的抗震性能,总体上保证了地震作用下桥梁的安全性能。     

中小跨度斜交连续梁桥的抗震体系研究

中小跨度斜交连续梁桥普遍采用板式橡胶支座,在地震作用下,主梁与支座间容易发生滑动,同时主梁会发生平面内转动,落梁风险较大。本文以中等烈度区一座3跨斜交连续矮T梁桥为工程背景,建立板式橡胶支座支承的斜交桥有限元模型,采用非线性时程分析方法,进行地震反应特性分析,针对性地提出了板式橡胶支座(允许滑动)+钢阻尼器的组合减震体系,并对提出的减震体系做了位移控制效果分析。结果表明：在地震作用下,斜交桥中板式橡胶支座极易发生滑动,从而增大主梁地震位移并丧失自复位能力,但只要不发生主梁与桥台(挡块)的碰撞,主梁平面内转动的影响可以忽略不计;而板式橡胶支座+钢阻尼器的组合减震体系可以有效控制主梁纵横向位移、并限制主梁平面内转动。     

大跨连续刚构桥箱梁抗震分析与减震措施研究

高烈度地震区大跨连续刚构桥箱梁在地震作用下会发生弯曲变形,产生较大弯矩和剪力,对箱梁抗裂及承载能力产生不利影响。为减小连续刚构桥箱梁在地震作用下的内力,以(90+190+228+123+60)m刚构+连续梁协作体系桥为例,采用有限元软件Midas Civil建模,对主墩墩型和支座类型的影响进行抗震分析并提出减震措施。研究结果表明:①主墩采用双薄壁墩比独柱式空心薄壁墩对箱梁抗震有利;②在辅助墩、交界墩或桥台处设置高阻尼隔震橡胶支座,可以减小箱梁和主墩受力;③在主桥梁端纵桥向设置粘滞阻尼器可以显著降低箱梁和主墩的弯矩;④组合使用高阻尼隔震橡胶支座+粘滞阻尼器减震措施,可以在不中断交通的情况下显著提升连续刚构桥的抗震性能。     

黏滞性阻尼器对千米级斜拉桥纵向减震效果的振动台试验研究

为了研究千米级斜拉桥纵向采用黏滞性阻尼器的减震效果，以一座主跨1 088 m的斜拉桥为工程背景，按相似理论设计制作了一座几何缩尺比为1：35的全桥振动台试验模型，通过改变塔梁间的连接方式，建立了塔梁间纵向无约束的非减震体系和塔梁间纵向采用黏滞性阻尼器的减震体系，选用4条具有代表性的地震动进行了4个振动台纵向一致激励的全桥振动台试验，然后将不同地震动输入下2种体系的试验结果进行对比分析。试验结果表明：千米级斜拉桥纵向无约束体系的地震响应受输入地震动的特性影响较大，对于长周期成分丰富，特别是对应于结构一阶周期的加速度谱和位移谱谱值较大的地震动，结构的地震响应较大；千米级斜拉桥非减震体系的地震响应同样也受输入地震动特性的影响较大；纵向采用黏滞性阻尼器的减震体系可以减小结构的梁端位移、塔顶位移以及塔底钢筋应变，但输入地震动的特性会影响黏滞性阻尼器的减震效果，对于特征周期较长、长周期成分丰富的地震动，黏滞性阻尼器的减震效果较好，而对于有明显速度脉冲的地震动，黏滞性阻尼器的减震效果相对较差，当地震动峰值加速度PGA为0.4g时，在场地人工地震动、Loma Prieta地震动作用下，梁端最大位移分别减小了62.41%、37.75%；对于有明显速度脉冲的地震动，需要选择阻尼系数更大的黏滞性阻尼器。     

Vibration control in train–bridge–track systems

To study the problems associated with vibration control of train–bridge–track systems a mathematical model with the capability of representing supplementary vibrational control devices is proposed. The train system is assumed as rigid bodies supported on double-deck suspension mechanism with semi-active features. The bridge system is modeled using the modal approach. Vibration control for bridge responses is provided by tuned mass dampers. A non-classical incremental Eigen analysis is proposed to trace the system characteristics across the time. In an example, the capability of the proposed model in investigating the vibration control prospects of a bridge–train system is shown. The results indicate the effectiveness of active suspension mechanism in reducing train's body movements, particularly the pitching angle and the vertical accelerations. Accordingly, the results also verify the potential of TMD devices in reducing the bridge responses at resonance motions.     

跨断裂带简支梁桥三级防落梁系统设计

我国四成以上的国土位于地震烈度7度及以上地区,随着交通基础建设的快速发展,桥梁建设不可避免地会跨越高地震烈度区,甚至是活动断裂带.落梁已成为地震发生时最常见和最严重的桥梁破坏形式之一,因此跨断裂带桥梁的设计在充分进行结构抗震分析的基础上,必须要进行防落梁设计.结合王家村特大桥防落梁设计提出了跨断裂带简支梁桥的三级防落梁...     

大跨连续梁桥不同支座体系地震响应对比及参数研究

为解决大跨连续梁桥在不同支座体系下的地震响应及阻尼器参数对主梁位移的影响,以某座大跨(70+110+70)m连续梁桥为例,分别采用盆式支座、摩擦摆减隔震支座和摩擦摆减隔震支座+阻尼器支座体系,通过有限元软件Sap2000模拟分析桥梁在地震作用下的特性。结果表明:1)在地震作用下,采用摩擦摆减隔震支座体系能有效降低桥墩的地震响应;2)在摩擦摆减隔震支座增设阻尼器可减小主梁位移,但桥墩内力随之增大;3)阻尼器的参数应依桥梁的特性合理选用。     

Vibration control in train-bridge-track systems

To study the problems associated with vibration control of train-bridge-track systems a mathematical model with the capability of representing supplementary vibrational control devices is proposed. The train system is assumed as rigid bodies supported on double-deck suspension mechanism with semi-active features. The bridge system is modeled using the modal approach. Vibration control for bridge responses is provided by tuned mass dampers. A non-classical incremental Eigen analysis is proposed to trace the system characteristics across the time. In an example, the capability of the proposed model in investigating the vibration control prospects of a bridge-train system is shown. The results indicate the effectiveness of active suspension mechanism in reducing train's body movements, particularly the pitching angle and the vertical accelerations. Accordingly, the results also verify the potential of TMD devices in reducing the bridge responses at resonance motions.     

A semi-active control suspension system for railway vehicles with magnetorheological fluid dampers

The high-speed train has achieved great progress in the last decades. It is one of the most important modes of transportation between cities. With the rapid development of the high-speed train, its safety issue is paid much more attention than ever before. To improve the stability of the vehicle with high speed, extra dampers (i.e. anti-hunting damper) are used in the traditional bogies with passive suspension system. However, the curving performance of the vehicle is undermined due to the extra lateral force generated by the dampers. The active suspension systems proposed in the last decades attempt to solve the vehicle steering issue. However, the active suspension systems need extra actuators driven by electrical power or hydraulic power. There are some implementation and even safety issues which are not easy to be overcome. In this paper, an innovative semi-active controlled lateral suspension system for railway vehicles is proposed. Four magnetorheological fluid dampers are fixed to the primary suspension system of each bogie. They are controlled by online controllers for enhancing the running stability on the straight track line on the one hand and further improving the curving performance by controlling the damper force on the other hand. Two control strategies are proposed in the light of the pure rolling concept. The effectiveness of the proposed strategies is demonstrated by SIMPACK and Matlab co-simulation for a full railway vehicle with two conventional bogies.