基于能力需求比法的矮墩大跨度PC连续梁桥延性和减隔震设计评价

针对墩身刚度差异明显的大跨度连续梁桥合理抗震体系选择的问题,以一座跨径布置为(90+150+90)m的矮墩变截面PC连续梁桥为工程背景进行分析.对比分析了在E2地震下采用延性抗震体系和利用摩擦摆支座的减隔震体系下桥梁关键构件的地震响应,然后运用能力需求比法对两种抗震设计下桥梁安全状态进行评价.结果 表明:采用延性抗震体系,制动墩承担较大地震力,桥墩虽保持弹性,但桩基和支座破坏,桥梁处于危险状态;利用摩擦摆减隔震支座进行减隔震设计,各墩地震水平力分担均匀且地震水平力有效减小,墩柱处于弹性状态,桩基和支座完好,桥梁处于安全状态.对于墩身高度矮,墩身刚度差异显著的大跨度PC连续梁桥,设置摩擦摆减隔震支座,可以改善结构抗震性能,满足桥梁在地震作用下的性能目标.     

大跨度连续钢桁梁桥摩擦摆支座减隔震设计分析

为改善大跨度连续钢桁梁桥的抗震性能,以(102+4×168+102)m的济南长清黄河大桥主桥为背景,结合其结构特点采用摩擦摆支座对该桥进行全桥隔震及连续墩隔震方案设计。采用通用有限元程序SAP2000建立该桥空间有限元模型,以3条人工地震波作为激励,采用非线性时程分析方法对未隔震及应用摩擦摆支座隔震后的桥梁结构响应进行对比,结果表明:全桥隔震、连续墩隔震2种方案中摩擦摆支座均能起到良好的减隔震效果且满足设计要求。与全桥隔震方案相比,连续墩隔震方案中墩底弯矩和支座水平位移略大,但经济性更好,故综合考虑减隔震效果、经济性、支座尺寸等因素,推荐采用等效滑动半径为4m的摩擦摆支座连续墩隔震方案对该桥进行减隔震设计。     

桥梁分级减震支座抗震性能分析

基于小震"硬抗",大震"减震耗能+协同抗震"为核心提出分级减震理念,并开发了分级减震支座,对其力学参数与性能进行理论分析与试验研究。以某大跨连续梁桥为例,采用抗震支座、分级减震支座、摩擦摆减隔震支座3种方案对减震性能进行对比分析,结果表明,在E2地震作用下,采用分级减震支座方案墩底轴力响应最小,且相比于抗震支座方案可大幅降低固定墩墩底剪力及弯矩,相比于摩擦摆减隔震支座方案墩底剪力及弯矩均有一定的减小,表现出了较好的减震效果。     

墩高对高烈度区连续梁桥抗震体系的影响

为研究桥墩高度对高烈度区连续梁桥抗震体系的影响，确定不同抗震体系的墩高适用范围，以黄茅海西引桥60 m连续梁桥为工程背景，进行了不同墩高下的约束体系对比分析，并在中间墩墩梁固结体系的基础上进一步分析了过渡墩约束体系对地震响应的影响。结果表明，当墩高较低时，减隔震体系地震响应明显小于墩梁固结体系，减隔震体系优势较大；随着墩高的增加，桥墩刚度减小，桥梁的自振周期增加，墩梁固结体系的地震响应逐渐减小，减隔震体系的优势减小。因此，建议墩高相对较矮时采用减隔震体系，墩高较高时采用墩梁固结体系。由于过渡墩设置减隔震支座可明显减小横向地震作用下结构内力，且不会大幅增加纵向地震响应，因此采用中间墩墩梁固结体系时，仍然可以考虑在过渡墩位置设置摩擦摆减隔震支座进行减隔震设计。     

高烈度地区多跨长联连续梁桥抗震体系研究

为研究高烈度地区多跨长联连续梁桥采用不同抗震体系时的抗震性能,以韩江特大桥主桥[(55+4×90+55)m连续梁桥]为背景,分别采用传统抗震体系、延性抗震体系和减隔震体系进行抗震设计,采用ANSYS软件建立全桥有限元模型,比较采用不同抗震体系时桥墩在罕遇地震作用下的地震响应。结果表明:在罕遇地震作用下,连续梁桥采用减隔震体系时,摩擦摆支座顺桥向来回滑动,形成稳定、饱满的滞回环,支座耗散地震能量显著;采用延性抗震体系时,固定墩墩底滞回曲线为完整的滞回环,地震能量通过塑性铰的滞回机制进行耗散;采用减隔震体系时,桥墩的顺桥向位移较传统抗震体系大幅降低;采用延性抗震体系时,桥墩的顺桥向位移比传统抗震体系下大;采用减隔震体系或延性抗震体系时,固定墩的内力响应较传统抗震体系下都大幅降低,且采用减隔震体系时减震效果更好。     

长联大跨连续梁桥隔震技术应用研究

为从有利于各墩协同抗震的角度探讨适用于长联大跨连续梁桥的减、隔震技术,以内蒙刘召黄河大桥主桥其中一联(55+10×100+55)m的预应力混凝土连续梁桥为背景,开展摩擦摆支座隔震、粘滞阻尼器减震及盆式橡胶支座抗震研究。建立全桥有限元计算模型,采用双线性滞回模型模拟摩擦摆支座、Maxwell模型模拟粘滞阻尼器,输入50年超越概率2%的3条地震波进行非线性时程反应分析。结果表明,长周期长联大跨连续梁桥的隔震机理为通过减弱制动墩对主梁的约束来减小作用于制动墩顶的有效主梁质量、改制动墩单独抗震为各墩协同抗震;摩擦摆支座隔震可有效地提高其抗震性能。     

预应力混凝土大跨连续梁桥隔震设计

大跨预应力混凝土连续梁桥由于质量庞大,地震作用往往成为控制该类结构设计的主要因素.理论分析表明,处于地震高烈度地区桥梁的地震反应对结构参数变动十分敏感.加大构件截面或增加固定墩数量虽可提高结构的抗震能力,但同时也会使结构的地震反应迅速增加.反而使结构抗震能力需求缺口进一步扩大,因此按常规抗震设计思路进行抗震设计往往无法达到抗震设防目标.选用具有隔震和耗能双重功能的摩擦摆支座对桥梁进行减隔震设计,可大幅降低墩底内力,并使主梁相对于墩顶的位移控制在可接受范围内,满足结构的抗震需求.通过对摩擦摆支座滑动曲面半径和摩擦面滑动摩擦系数等参数的优化分析,得出了减隔震装置参数选取的基本原则.     

滑动摩擦效应对大跨径多跨连续梁桥地震响应的影响研究

以济南长清黄河大桥多跨连续钢桁梁主桥工程为背景,分别建立了大桥未隔震及采用摩擦摆支座(FPS)隔震的空间有限元分析模型,并采用非线性时程分析方法,对考虑滑动支座摩擦效应前、后的结构响应进行了计算,讨论研究了滑动支座摩擦效应对未隔震及隔震后大桥地震响应的影响,给出了不同情况下考虑摩擦效应的建议。分析研究结果表明,滑动支座摩擦效应对未隔震及隔震后大桥地震响应均有较为明显的影响。对于多跨连续梁桥,当采用弹塑性抗震设计方法时,宜适当考虑滑动支座摩擦效应的作用,但摩擦系数取值不宜过大。当采用减隔震技术时,未隔震桥梁结构地震响应主要用于把握其抗震性能和抗震需求,可不考虑滑动支座的摩擦效应;减隔震设计中应适当考虑滑动摩擦效应,尤其是滑动墩数量较多时,应将摩擦系数在0.01~0.03范围内浮动进行验算,以同时保证隔震墩、滑动墩地震响应和主梁位移响应均在安全范围内。     

弹塑性钢减隔震支座在桥梁抗震设计中的应用

为了给桥梁抗震设计提供参考,以减轻桥梁结构在地震中遭受的损伤,介绍一种弹塑性钢减隔震支座(NDQZ)的结构特点及其减隔震原理,并以(83+140+83)m双塔双索面预应力混凝土斜拉桥为实例进行减隔震分析。采用有限元分析软件SAP2000建立全桥有限元模型,在E2地震状态下分别进行非减隔震支座桥梁和NDQZ支座桥梁地震动力时程分析。结果表明:NDQZ支座可实现全桥协同抗震,减隔震效果良好;采用NDQZ支座后,桥梁前3阶自振周期平均延长133%,在顺桥向和横桥向墩底弯矩分别减小了40%和83%,墩底剪力分别减小了39%和70%;承台底弯矩分别减小了39%和74%,承台底剪力分别减小了34%和60%;弯矩和剪力分布均匀。     

基于简化数值模型的高墩桥梁减隔震性能研究

针对高墩桥梁基本周期长、墩身响应大的特点,该文侧重附加装置的耗能能力,基于简化数值模型计算了摩擦摆支座(FPI)与黏滞阻尼器(FVD)组合方案在高墩桥梁上的减隔震效果。通过减隔震装置参数、地震动幅值和频谱影响分析表明:FPI与FVD组合方案虽然可进一步提高该高墩模型的墩底剪力减震效果,但综合考虑优势并不明显;地震动幅值和频谱特性对高墩桥梁的减隔震效果影响明显,高烈度地区更应重视高墩桥梁的减隔震设计。     

多孔大跨度连续梁桥减隔震技术应用研究

以一座多孔大跨度连续梁桥为工程背景,研究了抗震分析中是否考虑摩擦支座的摩擦效应对分析结果的影响,以及采用摩擦支座并联阻尼器和双曲面球型减隔震支座2种减隔震方案的减震效果。结果表明:对于多孔大跨度连续梁桥,考虑摩擦效应后固定墩的地震力显著小于不考虑时的分析结果;在考虑摩擦效应的基础上,2种减震方案均可减小固定墩的地震反应,而双曲面球型减隔震支座方案具有更优的减震效果;摩擦支座并联阻尼器方案减震效果不佳的主要原因是支座摩擦力和阻尼器阻尼力间存在90°的相位差。     

摩擦摆减隔震支座在市政桥梁中的应用

简要介绍了目前常用的几种减隔震支座,并阐述了摩擦摆减隔震支座的优势特点及工作原理。通过对某座市政桥梁的的抗震分析计算,对摩擦摆减隔震支座的减隔震性能进行探讨分析。     

多跨混凝土连续梁桥隔震措施研究

采用合适的隔震措施是改善多跨连续梁桥固定墩承受过大地震力作用的有效方法。以某六跨混凝土连续梁桥为工程背景,通过有限元软件ANSYS计算分析,在该桥中间墩处分别设摩擦摆支座和减震球型支座2种隔震体系,研究2种隔震体系对桥梁地震响应的影响规律。结果表明:2种隔震措施均能有效地降低顺桥向桥墩内力和位移,因此隔震体系与抗震体系相比受力更为合理;从支座的竖向承载力和回复刚度等方面考虑,摩擦摆支座具有显著的优点,因此建议此类连续梁桥采取隔震措施时采用摩擦摆支座。     

设置速度锁定支座的大跨桥梁结构的抗震性能研究

为了研究速度锁定支座对大跨桥梁结构的减震作用,以黄河特大桥为依托工程,建立了主桥及引桥的三维动力有限元模型,并对设置速度锁定摩擦摆支座后的桥梁结构进行抗震性能分析,以研究该支座的减震效果。分析结果表明,设置速度锁定摩擦摆支座后,主桥活动墩可有效分担固定墩的内力,而速度锁定摩擦摆支座也对支座位移有较好的控制作用;再者,相对大震作用,速度锁定摩擦摆支座在中震作用时的更为有效。由分析可知,本桥使用的速度锁定摩擦摆支座的减震性能良好,类似的,在大型桥梁结构上设置速度锁定摩擦摆支座,可有效提高桥梁结构的抗震性能。     

采用摩擦摆减隔震支座系杆拱桥抗震性能分析

随着系杆拱桥的大量建设,研究其在地震高烈度区的抗震性能具有重要的工程应用价值。现以工程实际中一座跨度105 m的系杆拱桥为背景,通过非线性时程分析方法,计算分析了其在强震作用下采用摩擦摆减隔震支座后的减隔震效果。分析研究表明,在强震作用下,系杆拱桥采用摩擦摆减隔震支座后,可有效地降低系杆拱桥纵桥向固定墩的地震响应和横桥向各墩的地震响应,有效地防止强震作用下结构的破坏,为结构优化带来较大空间。     

长联大跨连续钢桁梁桥减隔震设计研究

以某六跨连续钢桁梁桥为工程背景,基于有限元分析程序SAP2000,采用非线性时程分析方法,针对3种不同的减隔震装置对其减隔震设计方法进行分析研究,确定了适合该桥的减隔震设计方案及合理的减隔震装置设计参数。结果表明:由于大桥上部结构质量过大,采用速度锁定器进行减震无法满足设计要求;采用黏滞液体阻尼器时,若固定支座约束不释放,由于固定墩对梁体的约束作用,难以得到满足要求的减隔震设计,需将固定支座纵向约束释放,才可通过参数分析得到合理的减隔震设计;采用摩擦摆支座进行全桥隔震时,容易得到合理的减隔震设计,且参数可选范围较大。通过各方案对比分析,摩擦摆支座减隔震方案总体减隔震效果更优,适用性更佳,对于本桥较为合理的设计参数为等效滑动半径Reff=4 m,摩擦系数μ=0.03。     

基础隔震独塔斜拉桥抗震性能研究

为提升固结体系独塔斜拉桥的抗震性能,将基础隔震设计理念应用于桥梁的抗震设计中。以某(155+155)m独塔斜拉桥为背景,分析基础隔震设计的适用性。采用SAP2000建立桥梁动力有限元分析模型,选取10条地震波,对4种叠层橡胶支座和5种摩擦摆支座基础隔震方案进行顺桥向时程分析,对比采用基础隔震设计后独塔斜拉桥抗震性能的变化。结果表明:基础隔震设计使得独塔斜拉桥的整体刚度降低,自振周期增大;叠层橡胶支座隔震层会引起梁端位移的增大以及塔底弯矩的减小,但变化规律受地震波特性影响较大;摩擦摆支座隔震层在对梁端位移影响不大的情况下,可大幅降低塔底弯矩,且变化规律受地震波特性影响较小,可作为独塔斜拉桥的基础隔震设计方案。     

活动支座摩擦作用对连续梁桥弹塑性地震反应的影响

为研究活动支座摩擦作用对连续梁桥弹塑性地震反应的影响,将活动支座摩擦作用对桥梁结构地震反应的影响分解为摩擦耗能、刚度贡献和运动相互作用3个方面,建立了同时考虑活动支座及桥墩非线性的有限元分析模型,进行了非线性时程反应分析,对支座摩擦作用对桥梁结构的墩底曲率、梁体位移、速度和加速度的影响进行了研究。研究表明,活动支座摩擦作用对桥梁结构的弹塑性地震反应并不是在任何情况下都是有利的,根据分析结果提出了需要考虑活动支座摩擦作用的情况,在非线性时程分析时需要综合考虑结构的自振特性及场地反应谱的影响。对于复杂的桥梁,尤其是固定支座墩和活动支座墩墩高和刚度差异较大的桥梁,在进行抗震分析时需考虑活动支座摩擦作用的影响。     

高烈度地震作用下铁路多跨简支梁桥抗震性能研究

为探究高烈度地区地震作用下铁路多跨简支梁桥的抗震性能,以西藏地区某铁路多跨简支梁桥为工程背景,建立该桥设置减隔震措施后的空间有限元模型,采用非线性时程分析法探究设计地震及罕遇地震作用下关键构件动力响应和关键截面抗震性能。结果表明,摩擦摆支座减隔震效果较好,在设计地震作用下,支座未脱空,支座反力满足设计要求;在罕遇地震作用下支座脱空次数较多。通过计算简支梁桥墩墩底截面在设计地震和罕遇地震作用下的安全系数,证明桥墩抗震性能满足设计要求。     

基于摩擦摆支座的大跨度双拱塔斜拉桥减隔震研究

为研究摩擦摆支座对斜拉桥的减隔震效果,以某双拱塔斜拉桥为工程背景,考虑桩-土-结构相互作用(PSSI)的效应,基于摩擦摆支座的力学特性建立桥梁结构空间有限元模型,进行动力特性分析、地震响应研究与抗震验算。结果表明:采用摩擦摆支座减隔震后,结构的自振基本周期较原结构明显延长,有利于改善结构的抗震性能;不同的地震动输入方式对控制截面的内力影响不同,E2地震下的响应值均要比E1地震下大;E1、E2地震作用下,结构各主要控制截面的安全系数均大于1,结构只发生可修复性损伤,满足结构的抗震性能目标要求。