考虑栓钉作用的摩擦摆支座隔震桥梁地震响应研究

为研究摩擦摆支座几何参数及栓钉抗力对隔震桥梁地震响应的影响,建立栓钉剪断前后的摩擦摆隔震桥梁的修正动力平衡方程。以某在建城市轨道交通矮墩连续梁桥为研究对象,进行非线性时程分析,研究摩擦摆支座曲率半径、摩擦因数及栓钉抗力等因素对桥梁地震响应的影响。研究结果表明:在纵向地震动激励下,随着曲率半径的增大,主墩墩底弯矩逐渐减小。而摩擦因数的增大导致墩底最大弯矩和墩顶最大位移不断增大。当栓钉抗力小于竖向荷载的6%时,制动墩墩底最大弯矩、墩顶最大位移保持恒定;当栓钉抗力大于竖向荷载的6%时,制动墩墩底最大弯矩、墩顶最大位移不断增大,说明抗剪栓钉的极限抗剪能力宜控制在竖向荷载的6%以内。     

高速铁路多跨长联矮塔斜拉桥减隔震设计研究

多跨长联连续梁结构存在固定墩地震力大、延性部位震后不易恢复等问题,在高烈度震区抗震设计存在困难。为了解决高速铁路多跨长联矮塔斜拉桥的抗震设计问题,以某(65.65+8×110+65.65) m单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥为研究对象,采用非线性时程积分方法,对单固定墩、刚构连续梁和摩擦摆支座隔震3种不同的抗震体系方案进行分析比选。研究结果表明,采用摩擦摆支座隔震体系方案优势明显,在地震作用下,与单固墩体系相比,桥墩横桥向墩底弯矩普遍减小70%以上,固定墩纵桥向墩底弯矩减小约80%;进一步通过摩擦摆隔震支座参数分析,确定了合适的支座参数,获得较好的支座变形量、墩顶剪力,减隔震效果明显。因此,在桥墩剪跨比小、下部结构刚度大的情况下,设置摩擦摆隔震支座后,可显著减小地震时下部结构的地震响应,使各个桥墩受力均匀,同时通过合理的支座设计可满足大震位移需求,并具有足够的自复位能力。     

铅芯隔震橡胶支座参数对连续梁桥地震响应的影响

采用有限元软件ANSYS建立4跨连续T梁桥有限元模型,基于非线性时程分析法研究了铅芯隔震橡胶支座参数对桥梁地震响应的影响规律。研究结果表明:桥墩的墩梁纵桥向相对位移最大值随屈服前刚度与屈服后刚度的增大呈逐渐减小的趋势;桥墩墩底纵桥向弯矩最大值随屈服前刚度的增大呈先减小后增大的趋势,而随屈服后刚度的增大呈先增大后减小的趋势;随着铅芯隔震橡胶支座等效阻尼比、铅芯屈服力的增大,桥墩墩底纵桥向弯矩最大值呈先逐渐减小后逐渐增大的趋势。     

多跨连续梁桥的隔震方案研究

为改善多跨连续梁桥的抗震性能,以(55+4×90+55)m的韩江特大桥主桥为研究背景,采用ANSYS软件建立全桥有限元模型,应用非线性时程分析方法对不同减隔震支座方案的桥梁结构地震响应进行分析。研究结果表明:不同减隔震支座方案下韩江特大桥主桥纵飘和主桥横弯振型出现的阶数与对应的自振频率均不同;韩江特大桥主桥的减隔震支座方案宜优先选用摩擦摆减隔震支座,在隔震支座选型时应综合考虑墩底弯矩、墩梁相对位移、支座位移等多项指标。     

某跨海连续梁桥隔震研究

以某跨海连续桥梁为工程背景,研究了不同隔震措施下该桥梁结构的地震响应。采用有限元软件Midas Civil对该工程中六跨连续梁桥建立三维有限元精细化分析模型,考虑将该桥梁支座分别设置为铅芯橡胶隔震支座、摩擦摆式支座,并与普通盆式橡胶支座时该梁桥的动力特性与地震响应进行系统的对比研究,以评价跨海连续梁桥的隔震性能。研究结果表明,与普通连续桥梁相比,隔震后桥梁结构自振周期延长,桥梁墩顶最大位移、桥墩墩底弯矩、剪力均显著减小。采用摩擦摆式隔震支座时该跨海连续梁桥可取得更好的减震效果,但其位移较铅芯橡胶隔震支座时大。     

基于摩擦摆支座的城市轨道交通异形连续梁桥减隔震分析

随着城市轨道交通业的迅猛发展,实际工程中对于桥梁的减隔震性能提出了更高的要求。针对异形连续梁桥减隔震的问题,以西安地铁5号线上该桥型为研究对象,采用弹性反应谱法及非线性时程反应分析方法,对普通支座和摩擦摆减隔震支座的两种模型在3条罕遇地震波作用下的各项地震反应进行研究。分析结果表明:采用摩擦摆隔震支座后,桥梁结构自振周期明显延长;桥墩在地震荷载作用下的墩底弯矩和墩顶位移反应显著减小;采用普通支座时,活动墩和固定墩地震力分配不均匀,采用摩擦摆隔震支座后,活动墩和固定墩均匀分配地震荷载,各墩协同抗震;摩擦摆隔震支座隔震效果明显。     

罕遇地震作用下连续梁桥双曲面摩擦摆支座参数优化及减震效果研究

以韩江特大桥主桥(55+4×90+55)m为实际工程背景,开展罕遇地震作用下多跨长联连续梁桥双曲面摩擦摆支座参数优化及减震效果研究。采用通用有限元软件ANSYS建立桥梁动力分析模型,利用非线性动力时程分析方法,对双曲面摩擦摆支座的滑动摩擦系数和曲率半径进行参数敏感性分析,并与未设置双曲面摩擦摆支座情况的地震响应进行对比分析。结果表明:制动墩墩底内力和墩顶位移随支座曲率半径的增加而减小,随着支座摩擦系数的增加呈先减小后增大趋势;活动墩墩梁相对位移和摩擦摆支座位移随支座曲率半径的增加而增大,随着支座摩擦系数的增加而减小;摩擦摆支座的水平剪力随着支座曲率半径的增加而减小,支座摩擦系数对支座水平剪力影响规律不明显。综合考虑双曲面摩擦摆支座的减震效果和经济效益并结合该桥多跨长联的特点,建议双曲面摩擦摆支座的滑动摩擦系数取0.03,曲率半径取3m。     

双线铁路简支梁桥的摩擦摆支座适用墩高范围研究

针对常用的32 m跨度双线铁路简支梁桥,研究摩擦摆支座在不同墩高情况下的减隔震率,确定适用墩高范围。运用OpenSEES软件,分别建立不同墩高情况下的采用普通支座(即球形钢支座)和摩擦摆支座的铁路简支梁桥有限元模型。对比采用2种不同支座的桥梁在同一地震动输入下的地震响应,确定不同墩高情况下的摩擦摆支座的墩顶位移减隔震率与墩底弯矩减隔震率。研究结果表明:如果要求纵、横向墩顶位移减隔震率大于55%,同时要求纵、横向墩底弯矩减隔震率大于25%,常用双线铁路简支梁桥的适用墩高范围为0～52 m。     

摩擦摆支座隔震连续梁桥抗震分析的简化计算方法

根据摩擦摆系统的简化力学模型,给出了考虑桩土效应、桥墩刚度以及支座非线性的摩擦摆支座减隔震桥梁抗震简化计算方法。对一座预应力混凝土梁拱组合桥的纵桥向减隔震性能开展研究,分析了在不同的支座设计参数下结构的等效刚度、等效阻尼、等效周期等物理参数。建立连续梁桥的等效单自由度振动模型,计算支座设计位移、桥墩剪力、弯矩及轴力。与有限元模型的精细化模拟结果对比可知,本文所提出的简化算法具有较好的计算精度,能够用于研究桥梁纵向的抗震性能。     

雄商高铁黄河特大桥纵向抗震体系设计研究北大核心

雄商高铁(雄安—商丘)黄河桥采用主跨(60+80+4×260+280+80+60)m的钢桁梁柔性拱桥,承载双线高速铁路,全桥纵向采用减隔震支座+黏滞阻尼器的减隔震方案,并设置纵向防落梁装置。由于主桥长度达1600 m,且桥墩数量多,因此地震作用下的非一致激励效应和不同桥墩位置处减隔震支座的减震差异性不可忽视。本文以该大桥为背景研究非一致激励地震作用以及双曲面减隔震支座的平面摩擦效应对高速铁路长联桥梁结构地震响应的影响,并给出减隔震支座、黏滞阻尼器和纵向防落梁的一体化抗震体系设计方案。结果表明:与一致激励地震相比,考虑非一致激励作用时支座的地震变形显著增加,最大位置处增加了1倍左右,而桥墩内力响应有小幅度下降;当不考虑双曲面减隔震支座的平面摩擦效应时,桥墩内力响应增加明显,其中高墩的墩底弯矩增加了40%左右。对于长联大跨度桥梁,可参考如下抗震设计原则:减隔震支座的变形需求考虑1/2支座的正常使用变形和支座地震变形的叠加。     

有砟轨道对典型单线铁路简支梁桥 地震响应的影响

针对8 m和25 m 2种墩高、普通支座和摩擦摆支座2种支座的4种不同的典型单线铁路简支梁桥,研究有砟轨道对其地震响应的影响程度。采用OpenSEES程序,分别建立考虑有砟轨道和不考虑有砟轨道的2种桥梁有限元模型。通过两者动力特性的对比分析,确定有砟轨道对桥梁周期和振型的影响趋势;通过两者在不同方向、不同烈度的地震动作用下主要构件(主梁、支座、桥墩)地震响应的对比分析,确定有砟轨道对桥梁地震响应的影响程度。研究结果表明:针对动力特性相同的相邻简支梁桥,有砟轨道对横桥向地震响应影响甚微,对纵桥向的相应影响与墩高、支座和地震动强度等因素有关,但影响程度总体上不大于10%,仅部分支座地震反应明显减小。因此,在进行典型单线铁路简支梁桥地震响应分析时,可以不考虑有砟轨道刚度的影响,简化计算过程,并得到偏于保守的抗震设计结果。     

双曲面球型减隔震支座在刚构连续梁桥中的应用

结合处于高烈度地震地区的某(48+4×80+48)m刚构连续梁桥的工程实例,分析表明对高烈度区的长联多跨刚构连续梁桥进行常规抗震设计往往无法达到抗震设防目标。应用双曲面球型减隔震支座进行减震设计,可以有效地降低抗震设计控制截面的内力,使结构设计更容易满足抗震规范的要求。同时分析了双曲面球型减隔震支座的两个主要参数摩擦系数和球心距对刚构墩减震效果的影响。对于同一个球心距,刚构墩墩底的顺桥向弯矩响应、墩顶的顺桥向位移响应随摩擦因数的增大而减小,横桥向弯矩响应、横桥向位移响应随摩擦因数的增大而增大;对于同一个摩擦因数,随着球心距的增加,刚构墩墩底的顺桥向、横桥向弯矩响应以及墩顶的横桥向位移响应均呈现减小趋势,而刚构墩墩顶的顺桥向位移响应呈现先减小后增大的趋势。     

剪力键对摩擦摆式支座减隔震效果的影响

以粤东高烈度地区某连续梁桥为背景,提出ANSYS中对带剪力键的摩擦摆减隔震支座的数值模拟方法,通过建立全桥有限元模型,利用该数值模拟方法分析剪力键对摩擦摆支座减隔震效果的影响。通过改变摩擦摆支座的相关参数,研究参数变化对摩擦摆支座减隔震效果的影响。研究结果表明:在摩擦摆支座的摩擦因数较小且摩擦摆滑道曲率半径较大时,剪力键对采用摩擦摆支座的减隔震桥梁墩底弯矩影响较大,需要在地震反应分析时考虑剪力键的影响。     

大跨连续梁桥减隔震方案对比分析

以1座(90+170+90)m城市大跨度连续梁桥为研究对象,提出并比较分析两种减隔震设计方案。采用弹性反应谱法及非线性时程反应分析方法研究E1及E2地震作用下结构的地震反应,针对两种方案比较摩擦摆支座的力学参数取值及结构地震反应的差异。结果表明:(1)对于大跨连续梁桥,由于纵桥向一联内仅设置一个制动墩,地震内力分布极不均匀;但横桥向结构内力分布较均匀,各墩联合共同受力;(2)采用摩擦摆支座,E2作用下各墩墩底截面纵、横向内力减震效果显著且各墩的内力分布趋于均匀,分布更加合理;(3)采用摩擦摆支座,E2作用下减隔震后的墩底内力通常小于E1作用下弹性反应分析结果。E1作用下摩擦摆支座是否允许滑动,对结构的地震反应影响显著。在实际设计中应认真加以分析对比。     

减隔震支座在铁路桥梁上的应用探索

简要介绍目前桥梁减震、隔震技术的国内外现状和发展趋势,结合汶川大地震宝成铁路清江7号大桥的受损情况,提出在高烈度地震区铁路桥梁使用新型的软钢阻尼支座或摩擦摆式支座,当强地震发生时,剪断支座中的止动部件,消除墩顶固定支座的水平约束,通过软钢或摩擦摆消耗部分地震能量,改变桥墩振动特性,使墩身及基础的地震力响应减小,达到减震效果。强震过后,将梁部就位,安装止动部件,桥梁即可正常使用。     

双曲面球型减隔震支座曲线连续梁桥的减隔震

针对某3跨门式桥墩轨道交通曲线连续梁桥,采用其桥址<地震安全性评价报告>提供的3条地震动时程曲线,应用SAP2000有限元软件,分析未隔震和双曲面球型减隔震支座隔震条件下的罕遇地震响应,进行双曲面球型减隔震支座曲线连续梁桥的减隔震研究.研究结果表明,曲线连续梁桥各桥墩的内力响应受响应内力方向与地震动输入方向火角的影响;仅固定墩切向隔震时,固定墩的切向内力大幅减少,弯矩和剪力分别减小约70%和50%,但各墩的径向内力均有增加,最大增幅约达10%,不能满足桥梁的抗震要求;固定墩切向和径向双向、滑动墩径向隔震时,固定墩的切向和径向内力均大幅减少,弯矩和剪力分别降低约73%和49%,同时各滑动墩的径向内力也大幅降低40%～60%,减震效果明显.     

基于摩擦摆支座的高速铁路 连续梁桥减隔震研究

为改善铁路桥梁的横向抗震性能,以高速铁路三跨连续梁桥为例,采用ANSYS软件,建立横向碰撞有限元模型,开展摩擦摆支座的减隔震研究。模型中考虑轨道系统(CRTSⅡ型)约束作用、支座非线性、墩柱弹塑性及桥梁两侧简支梁和路基段的影响。采用非线性地震反应时程分析方法,分析轨道系统约束作用对桥梁结构横向地震响应的影响,探讨挡块-垫石间距及摩擦因数和球面半径对摩擦摆支座隔震性能的影响,并比较2种隔震方案的减震效果。研究结果表明:轨道系统约束作用会改变桥梁结构的动力特性与地震响应,放大墩底剪力横向分配的不均匀性;适当增大挡块-垫石设计间距,可确保摩擦摆支座充分发挥隔震性能;结构横向地震响应对摩擦摆支座摩擦因数的变化较其球面半径变化敏感,且摩擦因数取用0.03～0.04较为合理。     

铁路隔震连续梁桥地震碰撞响应研究

在地震作用下隔震桥梁的梁体位移比非隔震桥梁明显增加,使得相邻梁发生碰撞的概率增大。以1联3跨铁路隔震连续梁桥为例,选用3条人工地震波,采用非线性时程分析方法进行该桥的碰撞响应分析,研究梁间伸缩缝宽度和隔震支座刚度对梁间碰撞响应的影响。结果表明:随着伸缩缝宽度的增大和隔震支座刚度的增大,相邻梁碰撞的发生次数和碰撞力均有明显减小;地震作用下隔震固定墩墩底最大弯矩和最大剪力均随着隔震支座刚度的增加而增加。因此,在进行隔震桥梁设计时,应综合考虑隔震支座的隔震效果和碰撞响应,从而得到既经济又安全的隔震桥梁设计参数。     

两种减隔震支座性能对比研究

通过对摩擦摆支座及弹塑性钢阻尼支座两种不同类型的减隔震支座的抗震性能进行对比,选择适合项目要求的支座类型。对比结果表明:两种减隔震支座均能够有效延长桥梁结构自振周期,支座横向刚度较小的摩擦摆支座更有利于周期的延长,同时产生的墩顶剪力也较小;对于墩底截面及基顶截面的弯矩和剪力,在墩高较低时横向刚度小的摩擦摆支座减隔震性能较好,而墩高大于20 m时,横向刚度大的弹塑性钢阻尼支座更有优势。     

高铁隔震桥梁模拟地震振动台试验研究

为研究高速铁路桥梁采用摩擦摆支座后的减隔震性能,对一跨典型32.5 m高铁简支梁桥进行了试验。依据经典力学原理推导双凹面摩擦摆支座的水平力-位移滞回模型并分析其力学性能参数,设计制作了符合高铁隔震桥梁要求的隔震支座。隔震支座的低周反复加载试验显示:双折线滞回模型能有效模拟双凹面摩擦摆支座的本构关系。设计缩尺比1∶13的高铁隔震桥梁模型,并选用2条地震动记录进行模拟地震振动台试验。试验中测量了不同抗震设防烈度地震作用下模型结构振动台试验的响应,包括主梁和墩顶的加速度、位移,摩擦摆支座的剪切变形,墩底钢筋和混凝土的应变。试验结果表明:双凹面摩擦摆支座能够有效消耗地震能量,减小桥梁的动力响应,且地震强度越大隔震桥梁模型的减震效果越好。