大跨度公铁两用钢桁梁斜拉桥结构地震响应特征研究

大跨度公铁两用钢桁梁斜拉桥是一种技术复杂的特殊桥梁,为系统地把握该类型桥梁结构在地震作用下的动力响应规律,总结该类桥梁的总体结构特征,统计分析5座公铁两用大桥的结构动力特性值,利用有限元数值仿真方法分析不同结构抗震约束体系的地震响应特点,统计粘滞阻尼器的减震效果并解释效果差异的原因。研究表明:大跨度公铁两用斜拉桥的竖向刚度与公路斜拉桥相比有明显差异,前者的竖弯基频比后者平均高20%左右;在多种结构抗震约束体系中,具有耗能显著特点的液体粘滞阻尼器体系是一种较为理想的结构抗震支承体系;采用粘滞阻尼器后,6座大桥桥塔的弯矩减震率呈现20%左右与60%以上两种不同表现结果,该现象主要与地震动输入的长周期成分取值有关;由于剪力比弯矩的阶次低,导致桥塔剪力比弯矩的减震效果低;粘滞阻尼器对梁端位移的减震效果显著,可达到60%~80%。     

基于盆式支座与黏滞阻尼器的某大跨度斜拉桥减震研究

以一座大跨度斜拉桥为研究对象,用Midas Civil软件建立其全桥三维有限元模型。针对其在E2地震作用下位移超过限值问题,提出在桥墩与上部结构间布置盆式支座+黏滞阻尼器的减震方案,对黏滞阻尼器阻尼指数进行优化分析,得到最优阻尼指数,进一步对其位移及内力进行了减震效果分析。分析结果表明,主墩支座位移从596mm降至216mm,最大减震效果达63.8%,满足规范要求;在主跨部分布置盆式支座和黏滞阻尼器对其他跨桥墩墩底弯矩也有一定降低效果,两者耗能特性得到充分发挥,能够有效降低结构的地震响应,证明了盆式支座+黏滞阻尼器减震方案的合理性和可行性。     

大跨度斜拉桥顺桥向阻尼约束体系研究

为探讨E型钢阻尼器和液体粘滞阻尼器对大跨度斜拉桥的减震限位效果,以某(55+135+400+135+55)m半飘浮体系双塔斜拉桥为背景,设计2种阻尼约束减震体系方案。采用通用有限元程序SAP2000建立桥梁动力分析模型,通过参数分析确定较为合理的减隔震设计参数,选取3条人工地震波分析2种阻尼约束减震体系方案对该桥地震响应的影响规律。分析结果表明:选取的E型钢阻尼器和液体粘滞阻尼器均可有效控制地震作用中斜拉桥主梁的水平位移,采用液体粘滞阻尼器时塔底弯矩增幅相对较小,主梁水平位移控制效果相对较好。综合考虑减震限位效果及综合使用性能,在该斜拉桥中推荐使用液体粘滞阻尼器约束减震体系方案。     

长周期地震动作用下斜拉桥粘滞阻尼器减震分析

为研究长周期地震动作用下非线性粘滞阻尼器对大跨径斜拉桥减震效果的影响,以某主跨为926m的双塔斜拉桥为背景进行分析。采用ANSYS建立全桥三维有限元模型,粘滞阻尼器的计算模型采用Maxwell模型,以TCU026(NS)波进行地震动输入,分析在不同的粘滞阻尼器速度指数α与阻尼系数C的组合下,斜拉桥的位移、内力响应及阻尼器的阻尼力情况,并采用二元参数拟合的方法对响应结果进行处理。结果表明:设置非线性粘滞阻尼器能够有效地减小长周期地震动作用下大跨径斜拉桥关键节点的位移;不同的粘滞阻尼器参数组合对斜拉桥结构内力响应影响较大,合理的参数组合能将桥塔塔底剪力的增长幅度控制在可接受的范围内,同时保证塔底弯矩无明显增大现象;在长周期地震动作用下,背景桥梁粘滞阻尼器理想的参数组合为α=0.4、C=2 000kN·(m/s)-0.4。     

大跨度三塔斜拉桥纵向约束体系设计研究

针对三塔斜拉桥温度效应显著、整体刚度不足的特点,以黄茅海大桥[主桥为(100+280+720+720+280+100) m独柱塔双索面三塔斜拉桥,采用分体钢箱梁]为背景,采用非线性时程分析方法,对比分析不同纵向约束体系下斜拉桥的静、动力响应。结果表明:中塔通过设置弹性索实现弹性约束,单侧弹性约束刚度6.5×10~5 kN/m,可起到塔梁固结的效果;在中塔采用弹性约束基础上,边塔采用纵向放松体系,每个边塔设置4个粘滞阻尼器[阻尼系数C为2 500 kN/(m/s)~α,速度指数α为0.3],明显改善了斜拉桥的静、动力响应;采用的中塔设置弹性约束-边塔设置阻尼器的组合结构体系,与全飘浮体系相比,梁端最大位移减小69%,边、中塔塔底弯矩分别减小40%、15%,与中塔固结体系相比,地震作用下组合结构体系梁端位移减小44%,中塔塔底弯矩减小51%,边塔塔底弯矩变化幅度较小,该组合结构体系合理。     

减震榫-活动支座应用于高铁桥梁的减震性能研究

为研究分离式减震榫-活动支座应用于高速铁路桥梁的减震效果,结合该类桥梁的特点给出分离式减震榫-活动支座的设计原则以及力学模型,在此基础上以一座五跨32m的高速铁路预应力混凝土简支梁桥为背景进行分析。采用有限元软件ANSYS建立全桥空间模型,考虑活动支座摩擦系数、地震强度以及车速的影响,分析应用分离式减震榫的桥梁的动力响应,并与普通支座桥梁进行对比。结果表明:将分离式减震榫应用于高速铁路简支梁桥具有较好的减震效果;活动支座摩擦系数对应用减震榫-活动支座的桥梁的墩底弯矩及墩顶位移的影响不大,对梁体位移影响较大;随着地震强度的增加,减震榫-活动支座的位移相应增加,减震榫减震效果越好;随着列车速度的增加,应用减震榫-活动支座的桥梁的梁体横向位移减小,减震榫对墩底弯矩的减震效果十分稳定。     

铁路斜拉桥减隔震方案参数优化研究

为研究不同设防烈度下铁路斜拉桥合理的减隔震方案及参数优化方法,以某主跨432m斜拉桥为背景,采用SAP 2000软件建立该桥有限元模型进行非线性动力时程分析,对比多级设防烈度下摩擦摆支座、粘滞阻尼器、弹性索3种减隔震装置在不同参数组合下的减隔震效率。结果表明:摩擦摆支座在设防烈度高时不适用于半飘浮体系斜拉桥,在设防烈度较低时能一定程度控制地震响应,此时摩擦摆半径应考虑对行车平顺性的影响选取较大值;合理的粘滞阻尼器方案能有效降低铁路斜拉桥的内力与位移响应,阻尼器设计参数与目标设防烈度相关,可首先选定阻尼常数C的初值,再依据内力响应随速度指数α的变化趋势进行优化;弹性索能显著抑制梁端位移响应但会增加塔底弯矩响应,其刚度选取时宜将初始进入强相关区间或稍大的弹性刚度值作为最优刚度。     

白沙长江大桥横向抗震体系研究

白沙长江大桥是一座塔墩梁固结的主桥长为920 m的双塔独柱式混合梁斜拉桥.为了研究其辅助墩和过渡墩处横桥向的合理约束体系,分别在横向自由、横向约束、过渡墩约束及辅助墩约束4种约束体系下进行时程分析,研究斜拉桥在不同横向约束体系下的地震响应特点,针对混凝土刚性挡块和粘滞阻尼器减震体系分析不同参数对抗震性能的影响.结果表明:采用混凝土刚性挡块对同时减小各墩的横向地震响应作用较小;采用粘滞阻尼器体系可以有效减小各墩的横向地震响应,以及墩梁相对位移.     

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。     

独塔混合梁斜拉桥阻尼器参数敏感性分析

为研究阻尼器参数对独塔混合梁斜拉桥关键节点位移和关键截面内力的影响规律,获得最优阻尼参数组合及其减震效果,以某主跨260m的铁路独塔混合梁斜拉桥为工程背景,对阻尼器力学参数进行研究。采用MIDAS Civil软件建立全桥结构地震响应模型,在塔梁交接处设置2个粘滞阻尼器,考虑桩-土相互作用,选择合适的地震时程函数,进行了阻尼器参数敏感性分析。结果显示:阻尼指数α和阻尼系数C对独塔混合梁斜拉桥关键节点位移、关键截面内力的影响呈相反趋势;该桥最佳阻尼器参数组合为α=0.3和C=4 000kN/(m/s)α;设置粘滞阻尼器后,桥塔塔顶位移、钢-混结合部位移和主梁梁端位移分别减小了69.8%、72%和72.9%,桥塔塔底截面弯矩减小了16.34%。