大跨斜拉桥减震控制分析

研究目的：对设置阻尼器的斜拉桥进行地震反应数值模拟，为半主动控制和被动控制在大跨斜拉桥减震中的应用提供理论指导。研究方法：以一座大跨斜拉桥为实例，通过建立其有限元模型计算分析主动控制、半主动控制和被动控制对飘浮体系斜拉桥的减震效果，并分析地震行波效应对斜拉桥地震反应的影响。研究结论：半主动控制和被动控制对该斜拉桥的大部分地震反应均能取得良好的控制效果，但是使得桥梁塔底剪力等部分地震反应增大；不同频谱成分的地震动输入显著影响斜拉桥的地震反应和控制方法的减震效果；行波效应对斜拉桥主梁具有不利影响，但对桥塔抗震有利，并且对3种控制方法减震效果的不利影响很小。     

磁流变阻尼器对建筑结构地震响应半主动控制分析

研究目的:地震时建筑结构的大幅震动已为世人关注。国外学者将磁流变(MR)阻尼器应用到土木结构震动控制上,效果较好。为扩大其在实际工程中的应用,进一步对磁流变阻尼器对建筑结构地震响应进行了理论分析和试验。研究方法:本文首先通过磁流变阻尼器的构件参数(如:活塞的有效长度、缸体的内径、活塞直径、流体的粘度系数等)、输入电流及阻尼器活塞相对于缸体简谐运动频率的改变,分析了各参数对阻尼特性的影响,这将为设计阻尼特性较好的磁流变阻尼器提供理论依据。然后采用了磁流变(MR)阻尼器的修正Bouc-Wen模型及剪切型最优控制(Clipped-Optimal Control)算法对建筑结构地震响应进行了半主动控制分析研究,并且与结构被动控制的效果进行了对比。研究结论:在EI-centro地震激励作用下,被动控制和半主动控制对结构地震响应的水平位移与速度产生了不同的控制效果;对结构的位移及速度的控制效果,MR半主动控制均明显地优于被动控制。     

主跨532m公铁两用斜拉桥的地震响应及阻尼器减震效果研究

以我国首座跨海公铁两用钢桁斜拉桥——元洪航道桥(主跨532 m)为研究对象,采用空间板梁单元法建立有限元模型,对该桥地震响应特征及阻尼器减震效果等进行了研究。结果表明:大跨度斜拉桥动力特性分析除应考虑拉索垂度效应外,也应同时考虑梁—柱效应;动力特性分析时宜优先采用多重Ritz向量法,以使振型参与质量更快达到抗震计算要求;不同地震水平下,边墩和辅助墩的墩底、主塔塔底和下横梁附近截面将承受较大弯矩,为地震易损部位;N4#塔梁间设置纵向黏滞阻尼器后,罕遇地震作用下N3#主塔(支座纵向固定)顺桥向弯矩、结构纵向位移均明显减小,最大减幅分别达40.6%和44.8%,减震效果明显。     

斜拉桥减震控制算法研究

研究目的:以一座大跨漂浮体系斜拉桥为实例,建立有限元模型进行斜拉桥地震反应半主动控制、主动控制和被动控制计算分析.探讨不同减震控制算法对斜拉桥地震反应控制效果的影响,为实际工程中的斜拉桥减震提出理论上的建议.研究结论:各种减震控制方法并不能使桥梁全部地震反应都能得到控制,而是使得桥梁大部分地震反应减小,同时却放大塔底剪力等另外部分地震反应;8种减震控制算法中,最大阻尼力被动控制算法的减震效果相对最好,半主动界限Hrovat控制算法、主动控制和被动控制没有出现加速度放大效应,而其它半主动控制算法会产生不同程度的加速度放大效应.     

大跨度斜拉桥非线性粘滞阻尼器参数研究

为研究地震作用下非线性粘滞阻尼器参数的不同选取对漂浮式大跨度斜拉桥纵向限位性能的影响。通过非线性动力时程分析法对某大跨度斜拉桥中非线性粘滞阻尼器的阻尼系数C和阻尼指数ξ进行参数敏感性分析,与该桥在未设置粘滞阻尼器状态下的地震响应进行比较分析和安全评价。提出选取阻尼系数C和阻尼指数ξ的控制方法和公式。结果表明:斜拉桥纵桥向设置粘滞阻尼器后,通过调节粘滞阻尼器的参数能有效降低结构在地震作用下关键部位的相对位移;非线性粘滞阻尼器在限制主梁纵向位移时对跨中竖向位移有放大作用;合理的阻尼参数对提高地震作用下斜拉桥安全性有重要影响。     

基于MR阻尼器的智能复合隔震系统的半主动控制

将磁流变液(MR)智能阻尼器并联于传统的被动隔震装置上形成智能复合隔震系统,并采用半主动控制策略对该系统实施智能控制。通过对一栋三层的振动台试验模型的仿真分析表明:在不影响隔震效果的同时大大的减小了隔震层的相对位移;半主动控制策略能有效控制智能复合隔震系统。     

大跨度独塔自锚式悬索桥减隔震措施

为了减小大跨度自锚式悬索桥在地震作用下的主梁纵向位移,以某主跨350 m的独塔自锚式悬索桥为研究对象,建立Midas空间动力有限元模型,进行动力特性分析,研究在实桥地震波一致激励作用下,铅芯橡胶支座和黏滞阻尼器2种减震措施的减震效果。研究结果表明:通过在桥墩设置铅芯橡胶支座或在塔梁间纵向设置黏滞阻尼器可以有效减小自锚式悬索桥的纵向位移响应。     

大跨度铁路斜拉桥地震反应影响分析

针对大跨度铁路斜拉桥特点,结合桥梁结构体系及抗震措施,进行了行波效应、几何非线性、弹性连接刚度及阻尼器减震措施对结构的地震反应影响分析。分析表明:行波效应使主塔控制截面的内力约增大20%;考虑结构的初始内力引起的几何非线性影响后,结构的自振周期约增大3%,对主塔的地震反应影响较小,在设计中可以忽略其影响;塔、梁间的弹性约束刚度大小对结构的地震反应影响较大,其刚度取值为1.0×105k N/m左右时,结构的抗震性能较好;粘滞阻尼器对主塔控制截面的内力及塔顶位移具有显著的减震效果。     

行波及相干效应对超千米跨度斜拉桥多维多点随机地震响应的影响

为了研究行波及相干效应对超千米跨度公铁两用斜拉桥地震响应的影响,基于通用有限元软件ANSYS,借助高效的虚拟激励法分别得到考虑两种效应的结构地震响应值,通过对比研究,结果表明:(1)仅考虑行波效应时,在视波速取500 m/s工况下,主梁纵向位移和竖向位移出现最大均方根值,行波效应对主梁纵向位移响应影响最为显著;(2)仅考虑相干效应时,主梁纵向位移和横向位移在部分相干工况下出现最大均方根值,主梁跨中横向位移的均方根值为0.274 m,较一致激励(完全相干)增大了126.4%;(3)两种效应对结构1号边墩、2号辅助墩和3号主塔的不同地震响应的影响程度存在较大差异,需具体响应具体分析。通过各具体工况下的结果对比,得出超大跨度斜拉桥地震响应分析考虑行波和相干效应十分必要的结论。     

高速动车组半主动悬挂系统几种控制策略对比仿真分析

为了克服数学模型不能反映列车运行的真实情况,利用Adams/rail建立基于磁流变阻尼器的高速动车组8车模型,提出了基于一般模糊控制的量化因子、比例因子的参数自适应模糊控制策略。通过Matlab/Simulink环境中对高速动车组模型与被动控制和简单开关半主动控制、一般模糊控制、参数自适应模糊控制策略进行联合仿真分析。结果表明,一般模糊控制和参数自适应模糊控制比简单开关半主动控制控制品质好,参数自适应模糊控制控制效果最佳;半主动控制策略在降低车体横向加速度,脱轨系数和轮重减载率方面,明显优于被动控制。在提高列车运行平稳性,乘客乘坐舒适度和运行安全性方面显出优势。     

粘滞阻尼器对钢桁梁斜拉桥纵向振动响应的影响分析

桂平郁江特大桥是南宁至广州铁路的重点工程之一,位于西江航运干线贵港至桂平河段,跨郁江主桥为(36+96+228+96+36)m五跨连续钢桁斜拉桥。设计速度250 km/h,为有砟轨道双线桥梁。由于桂平郁江钢桁斜拉桥的主梁和桥塔间采用纵向无约束的漂浮体系,列车制动及地震会引起主梁纵向较大的振动位移和桥塔根部较大的纵向弯矩,影响桥梁的正常使用和安全。文章以桂平郁江钢桁斜拉桥为例,对钢桁梁斜拉桥在列车制动力和地震作用下,粘滞阻尼器对结构振动响应的影响进行了详细的分析,结果表明:粘滞阻尼器能显著减小列车制动及地震作用下主塔塔顶位移及主梁位移,具有较好的减振效果;粘滞阻尼器能较好控制结构在塔梁连接处的内力,特别对主塔控制截面的弯矩及剪力改善较为明显,能够保证大桥的正常运行和安全。     

SMA阻尼器对大跨斜拉桥地震响应影响研究

SMA(Shape Memory Alloy)材料因独特性而广泛用于工程结构减震控制装置中。为便于工程结构分析,编制SMA阻尼器简化双旗型本构Fortran子程序并嵌入Abaqus平台的动力分析中,并以低周往复加载算例验证了其正确性;以一座大跨斜拉桥为例,基于Abaqus平台建立其脊骨梁有限元模型,研究SMA阻尼器的减震控制效果。研究表明:对于塔梁纵桥向漂浮的大跨斜拉桥,塔梁处纵桥向布置SMA阻尼器可有效减小其纵桥向地震位移响应,并且SMA阻尼器的初始刚度对减震效果的影响较为明显;塔梁处纵桥向布置SMA阻尼器后,结构内力减震效果对输入地震波及SMA参数具有一定的依赖性,应当引起注意。     

桥梁地震响应半主动控制的加速度放大效应

采用磁流变阻尼器,对1座大跨刚构连续梁桥进行半主动控制、主动控制和被动控制地震响应计算,比较分析6种半主动控制算法对桥梁加速度的放大效应。结果表明:当磁流变阻尼器设置在桥梁支座等连接构件处时,不同半主动控制算法会使阻尼器附近桥梁局部位置的加速度产生不同程度的“针尖”放大效应,而主动控制和被动控制不会产生这种加速度放大效应;比较而言,“开关型”半主动控制算法比“连续型”半主动控制算法的加速度放大效应更加严重;半主动控制算法引起的桥梁加速度放大效应与阻尼器类型、阻尼器位置和桥梁结构动力特性等多种因素有关;半主动控制算法对桥梁的位移和弯矩不会产生剧烈放大的“针尖”现象;阻尼器设置在墩梁刚性连接部位时不会出现加速度放大效应。     

基于行波效应的大跨度上承式劲性骨架拱桥抗震性能分析

以一座高速铁路大跨度上承式钢管混凝土劲性骨架拱桥为工程背景建立动力计算模型,采用非线性时程法对比分析不同波速行波激励下和一致激励下结构的地震响应,研究软钢阻尼器对该桥的减震效果。结果表明:该桥前8阶振型中有一半出现拱上立柱纵向弯曲振动,交界墩振动表现明显;行波效应会增大拱肋的轴力,增大拱脚和1/4拱肋的弯矩,减小拱顶的弯矩。拱肋不同位置的内力响应随波速的变化规律基本一致,但拱脚对行波效应更加敏感。行波效应对各拱上立柱墩底的内力影响规律不一致。行波效应会增大交界墩顶纵向最大位移,但会减小墩梁相对纵向最大位移。软钢阻尼器对拱桥减震效果明显,在拱上立柱安装软钢阻尼器,其位移减震率达到43.5%,弯矩减震率达到60.5%。其余立柱的弯矩和位移均有所减小。     

新型客站随机地震响应的控制策略

高速铁路建造过程中出现的新型客站往往以房桥合一为特征,其综合了房屋建筑和桥梁结构二者的特点,抗震与减震设计必然不同于一般结构物。本文首先建立在新型客站中设置层间隔震和混合减震控制的基本模型,并基于随机地震输入和虚拟激励法推导高效计算表达式。在此理论基础上,研究层间隔震技术的减震效果和工作机理,指明层间隔震存在的缺陷。继而针对层间隔震的不足,在房桥合一客站中引入混合减震控制策略,其在层间隔震基础上通过设置连接阻尼器实现减小桥梁位移和避免梁体碰撞的目的,深入研究层间隔震与连接阻尼器的工作机理,提出混合减震策略的优化设计方法。研究表明:层间隔震与混合控制策略在房桥合一新型客站随机地震响应控制中是可行且有效的。     

高速铁路连续梁桥纵向减震装置机理性研究

研究目的:为了给高速铁路大跨连续梁桥纵向减震设计提供依据,本文基于某(60+100+100+60)m大跨连续梁桥,对比研究采用Lock-up装置、粘滞阻尼器和双曲面球型减隔震支座的减震机理与减震效果,对影响减隔震效果的相关参数进行分析研究,并讨论减隔震装置的合理参数区间以及适用范围。研究结论:(1)Lock-up装置不耗能,通过改变结构地震力分配路径来减小固定墩内力响应,但会减小结构纵向振动周期,导致结构总体内力响应增加,因此对于矮墩桥梁的减震效果较好;(2)粘滞阻尼器不改变桥梁结构的动力特性,主要通过滞回耗能来减小结构地震响应;(3)采用双曲面球型减隔震支座后,结构的纵向振动周期延长,支座滞回耗能为结构提供了附加阻尼,显著减小了固定墩的内力,但同时增加了墩梁相对位移;(4)该研究成果可以为高速大跨连续梁纵向减震设计提供参考。     

半漂浮体系钢管混凝土拱桥黏滞阻尼器减震研究

大跨径中承式钢管混凝土拱桥桥面梁倾向于采用半漂浮式主梁,应设置黏滞阻尼器控制桥面梁在地震作用下的响应.以某计算跨径252 m的中承式钢管混凝土拱桥为例,采用动力时程分析方法研究半漂浮式主梁钢管混凝土拱桥中黏滞阻尼器参数的选取方法,对比分析设置黏滞阻尼器前后桥梁结构的地震响应,以反映黏滞阻尼器对半漂浮体系钢管混凝土拱桥的减震效果.研究结果表明:设置黏滞阻尼器能显著减小半漂浮体系主梁的地震位移响应,同时也导致拱顶纵向位移有所增加,对拱肋各关键位置处轴力、剪力、弯矩响应的影响规律不尽相同,对黏滞阻尼器位置处的拱肋局部弯矩响应影响较大.该研究成果可对采用半漂浮式主梁的钢管混凝土拱桥的减震设计提供参考.     

增设黏滞阻尼器加固铁路桥梁的减震控制分析

研究目的:基于大地震中铁路桥梁因为墩梁横向位移过大造成的落梁等破坏,本文提出在T梁和墩顶之间增设黏滞阻尼器对桥梁进行减震控制的加固方案。以采用圆端型桥墩的某混凝土简支双片式T梁铁路桥为例,通过ANSYS软件建立桥梁结构模型,选取4条地震动记录,分析地震作用下不同墩高时桥梁的动力响应;选取两种液体黏滞阻尼器的加固布置方案,分析不同的阻尼器布置位置对桥梁墩顶的横向位移以及墩梁横向相对位移的影响规律,研究阻尼器不同设计参数对桥梁耗能减震的效果,结合阻尼器优化得到的参数并最终选定一种效果较好的加固方案。研究结论:(1) 8度罕遇地震作用下,墩顶位移和墩梁相对位移较大,超出了铁路桥梁的允许位移值;(2)随着墩高的增大,墩顶位移随之增大,而墩梁相对位移的变化规律不明显;(3)本铁路桥梁加固时液体黏滞阻尼器的推荐参数为阻尼速度指数a=0.3,阻尼系数C=5 000 k N·(s/m)a;(4)液体黏滞阻尼器能够显著降低地震作用下的墩顶位移和墩梁相对位移,消能减震作用显著;(5)本研究结论可用于既有铁路桥梁的抗震加固及减震控制。     

东平水道特大桥并联混合式减振方案研究

为增强桥梁结构的抗震能力和耐久性，针对大跨度铁路桥梁车致振动及地震响应的动力特点，以东平水道特大桥为工程背景，提出一种并联混合式减振方案，研究黏滞阻尼器对纵向滑移体系桥梁地震响应的控制效果，分析不同控制体系对列车荷载引起结构响应的影响。研究结果表明，黏滞阻尼器能显著减小大跨度铁路桥的地震结构位移和内力响应；泄压阀锁定装置对列车制动力和行车荷载的抑振能力优于黏滞阻尼器；当黏滞阻尼器和泄压阀锁定装置协同工作时，在降低二者出力值的同时可实现对列车荷载更好的控制效果，由于传力路径的改变，控制后的墩底剪力和弯矩均有所增大，但锁定装置的增大效应更小。     

高烈度震区独塔斜拉桥减震优化设计

高烈度震区独塔斜拉桥在纵、横向地震作用下均需满足相应的抗震性能要求,以唐山市二环路上跨津山铁路独塔斜拉桥为例,该桥综合采用主塔处设置纵向粘滞阻尼器,辅助墩和边墩设置横向粘滞阻尼器的结构体系,分别抵御纵、横向地震。设计对阻尼系数和阻尼指数等进行了详细的参数分析;对合理横向抗震体系进行研究。研究表明:阻尼系数和阻尼指数应进行参数分析,并综合考虑梁端梁-墩相对位移、桥塔受力等合理选择。横向阻尼约束体系相对漂浮体系和固定体系更优。本桥减震设计体系合理,取得了很好的减震效果。