二阶段屈服式防屈曲耗能支撑理论分析和工程应用

介绍了二阶段屈服式防屈曲耗能支撑(Two-Stage Yield-type Buckling Restrained Brace,简称TYBRB)的结构形式,建立力学模型对TYBRB力学性能进行了理论推导,得到了其稳定性、等效刚度和承载力的计算公式,并通过数值方法验证了公式的准确性。以9度区医院为例,制定了传统抗震和消能减震两种方案,消能减震方案中的TYBRB按照理论公式进行设计,采用有限元软件对两种方案进行了弹塑性分析和抗震性能评价。结果表明:两种方案的抗震性能均满足规范要求,消能减震方案较传统方案可大幅减小结构的地震响应和材料用量,是实现建筑结构基于性能化设计的有效方法。     

高烈度区高墩大跨桥梁抗震设计

以高烈度区一座高墩大跨桥梁为例,采用非线性时程分析法,对其结构动力特性及抗震性能进行分析,得出不同约束情况下的全桥地震响应,从而对该桥提出相对合理的抗震设计理念和思路。同时,探讨了大跨高墩连续刚构桥的延性设计方法。     

中小跨径小箱梁桥减震体系研究

中小跨度小箱梁桥普遍采用板式橡胶支座, 即使在中等烈度区, 当墩高较矮时, 地震下主梁与支座间也容易发生滑动, 落梁风险较大。 文章以中等烈度区一座 4 跨连续小箱梁桥为工程背景, 建立常规体系板式橡胶支座支承的有限元模型, 采用非线性时程分析方法, 进行地震反应特性分析, 并提出了板式橡胶支座 (允许滑动) +钢阻尼器的组合减震体系, 同时对其减震效果进行了分析。 结果表明： 在地震作用下, 板式橡胶支座极易发生滑动, 支座滑动之后整个体系没有一点恢复力, 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、 并在一定程度上减小下部结构地震内力。     

新型减震梁柱节点及其框架结构抗震性能研究

提出了一种新型减震节点型阻尼器,提高了节点及框架结构的抗震性能,并采用多尺度建模方法结合已有试验结果验证了其准确性,进而研究新型减震节点型阻尼器的抗震性能,并将其应用于钢筋混凝土平面框架结构.研究结果表明:设置新型减震节点型阻尼器后节点承载能力显著提高,耗能曲板环向开孔厚度为10和20 mm时梁柱节点的承载力较未设阻尼器的节点承载力分别提高8.3％和9.7％;将该新型减震节点型阻尼器应用于框架结构,能够有效降低结构的地震响应,当峰值加速度取为罕遇地震条件下的0.4 g时,耗能曲板环向开孔厚度设为1、2、4 mm时的有控结构顶点位移比无控结构分别减小53.8％、68.9％和70.4％,结构层间位移角最大值及底部剪力最大值均有明显减小.所提出的新型减震节点型阻尼器可有效降低结构的地震响应,为结构减震提供必要的参考和依据.     

高烈度断层破碎区公路隧道抗震措施探讨

以功山至东川高速公路工程响水河隧道为背景,采用三维地震动力仿真运算,研究高烈度断层破碎区不同的减震材料、减震层厚度及设置方式、变形缝的设置间距、断层破碎区设防长度对隧道结构抗震性能的影响。     

桥梁减震设计中防屈曲耗能支撑研究

防屈曲耗能支撑通过在普通钢支撑的外围设置套管等约束机制,防止了普通支撑的受压屈曲而使得全截面达到受压屈服,提高了结构大震时的滞回耗能性能。通过合理的设计和制造．防屈曲耗能支撑可在罕遇地震发生时率先屈服．利用钢材良好的滞回耗能性能消耗地震输入的能量,保护桥梁主体结构免遭破坏。     

基于粘滞阻尼器的大跨铁路斜拉桥横向减震研究

以某铁路大跨斜拉桥为实际工程背景,研究了斜拉桥在过渡墩及辅助墩处横桥向合理的约束体系.通过大量的线性及非线性时程反应分析,研究了不同的约束体系下斜拉桥的地震反应特点.针对基于粘滞液体阻尼器的减震体系方案,对阻尼器的设置位置及力学参数进行了优化设计.研究结果表明:在过渡墩及辅助墩横向设置粘滞阻尼器的减震体系方案由于其它方案,该方案不仅可降低主塔横桥向的地震反应,还可显著降低过渡墩及辅助墩的桥墩,进而提高边墩桩基础的抗震性能.     

强震作用下带屈曲约束支撑的K型网壳整体结构性能分析

以K6型网壳为研究对象,考虑网壳支承结构的弹性效应,并在支承结构中设置屈曲约束支撑（BRB）,考虑在9度区强震作用下,通过不同的屈曲约束支撑布置方式对结构进行动力弹塑性分析.结果表明,在考虑整体网壳支承结构共同工作时,结构主要节点位移和杆件内力响应都有所减小;网壳上部结构设置屈曲约束支撑能够有效降低节点位移和杆件内力响应;考虑上部和下部设置屈曲约束支撑共同工作对于K6型网壳减振耗能有很好的效果.     

椒江特大桥长联连续梁地震响应分析

杭绍台铁路椒江特大桥为四线高速铁路,位于低烈度地震区,根据该桥的重要程度以及地震破坏后桥梁结构修复的难易程度确定抗震性能目标。分别采用反应谱法、规范法、非线性时程法分析多遇地震、设计地震、罕遇地震作用下的桥梁结构地震响应。分析表明在多遇地震作用下桥梁结构处于弹性工作阶段,地震后不损坏;在设计地震作用下桥梁支座符合规范要求;在罕遇地震作用下桥梁结构处于弹塑性工作阶段,墩底塑性铰进入开裂状态,但不会出现整体倒塌。验证了低烈度地震区长联连续梁不采取减隔震措施可以符合抗震性能目标,给出了类似工程抗震性能设计的建议。     

基于摩擦摆支座的矮墩连续梁桥隔震性能研究

以一座地震高烈度区矮墩连续梁桥为分析对象,结合桥址所在区域的场地条件和地震动参数,采用摩擦摆支座进行减隔震设计。通过Midas Civi软件建立有限元分析模型,采用非线性时程分析法,分析了不同支座约束边界条件下的动力特性和地震响应。结果表明：摩擦摆支座可以延长结构周期,使结构的内力、位移分布更为均匀,具有良好的减隔震性能。     

沉管隧道接头剪力键抗震性能及减震措施

为提高沉管隧道接头的抗震安全性,设计了一种减震装置,完成了有无减震装置2组1/4大比例尺的接头剪力键模型往复加载拟静力对比试验.通过试验揭示了沉管隧道接头剪力键模型在水平循环荷载下的力学行为及抗震性能,并验证了新型减震装置在沉管隧道接头减震中的可行性.试验结果表明：无减震模型在循环剪切荷载下,凹槽端部率先出现裂缝,随后剪力键端部开始出现裂缝,随着加载位移的增大,剪力键出现较大塑性变形后失效;减震模型在循环剪切荷载下减震装置先出现局部屈曲,随后剪力键出现剪切破坏,减震装置可延迟剪力键的开裂时间;与无减震模型相比,减震模型在输入相同的加载位移时,其开裂荷载、屈服荷载、峰值荷载及破坏荷载分别提高了45.2%、37.33%、26.8%和29.2%;减震装置对模型初始刚度影响相对较小,且能满足规范限定的接头容许位移;单圈滞回耗能最大可提高55.1%,累积滞回耗能提高了31.9%,该减震装置可较好地提高剪力键的整体抗震性能.     

迪那2气田高墩T形刚构桥抗震分析

结合迪那2气田T形刚构桥高墩的抗震时程分析,对比分析了薄壁墩和空心薄壁墩的动力特性及结构在单向激励和三维激励下的抗震性能,分析发现双薄壁墩和空心薄壁墩在截面特性和墩高基本一致的情况下,双薄壁墩较空心薄壁墩包含更多低频自振频率,频率分散,双薄壁墩的抗震性能优于空心薄壁墩。     

独柱墩T形刚构桥地震反应分析

针对目前城市桥梁通常采用的独柱墩连续梁桥的受力和结构设计存在的问题和缺陷,提出了2跨T形刚构桥梁结构形式,并对2种桥梁结构形式在构造和抗震性能方面的特点进行了对比.在构造方面,与连续粱桥相比,独柱墩T形刚构桥通过墩梁固结节省了支座,简化了伸缩缝的构造,增加了桥梁的横向稳定性,减小了横梁的受力.利用反应谱方法,推导了墩底固结等截面情况下T形刚构和连续粱桥简化模型的地震力和桥墩弯矩的解析表达式,并给出了不同周期范围内的2种体系地震反应的比较结果.采用桥梁的整体有限元模型,考虑桩土相互作用,对实桥进行了地震反应分析.研究结果表明,T形刚构采用墩梁固结能够显著降低地震力作用下桥墩和桩基的弯矩,提高了桥粱的抗震能力,简化了抗震构造.     

从WCEE看国内外韧性抗震梁桥研究进展

梳理和总结了第16、17届世界地震工程大会(WCEE)中关于韧性抗震梁桥相关的研究进展;分析了后张预应力摇摆自复位梁桥与其他新型韧性抗震梁桥体系的最新研究进展,总结了高性能材料在韧性梁桥中的应用研究,并介绍了国内外自复位梁桥的工程实践;介绍了自复位耗能装置和限位装置等韧性抗震梁桥结构中的可更换装置研究,讨论了附加可更换装置的梁桥结构抗震性能;总结了单体梁桥和桥梁网络的抗震韧性评估方法,探讨了韧性抗震梁桥结构的研究方向和发展趋势。研究结果表明:附加可更换耗能装置的后张预应力自复位梁桥是研究最为广泛的韧性抗震梁桥结构,且已建成了多座示范工程,该类结构在强震中的表现有待实际地震验证;需要结合高性能材料开发可更换装置新结构与新构造,在此基础上研究其与桥梁的合理连接技术及抗震设计方法;考虑性能退化、需求增加等多因素影响的既有梁桥结构抗震韧性评价方法和能力提升技术及其设计理论,是中国已建梁桥面临的突出问题。      

被动柔性防护系统对落石冲击作用的传播效应

被动柔性防护系统遭受落石冲击作用时的波传效应对系统耗能效率存在重要影响,对此开展了能量为1 500 kJ的3跨足尺模型冲击试验,结合LS-DYNA开展了非线性动力分析,对比研究了柔性防护系统的冲击变形、特征点位移和钢丝绳拉力等结构响应沿支撑绳纵向的传播特征. 进一步开展了4跨、5跨、6跨和7跨模型的冲击动力学模拟试验,研究了纵向传播距离增加对冲击响应的影响,包括支撑绳拉力、网片内力和系统冲击力随随波传距离增加的衰减率、构件耗能率和冲击历程的多阶段耗能率变化. 研究结果表明:冲击跨支撑绳拉力明显高于边跨;冲击跨网片内力最大,两侧网片内力急剧衰减,呈高斯型衰减分布;随着系统跨数增加,落石冲击变形极值变化较小,但变形时程变化差异较大;内力衰减变化明显,7跨模型中,支撑绳内力衰减超过了50%,网片内力衰减了40%,冲击力衰减了14%;随着系统传播距离的增加,网片、减压环以及钢柱的耗能减少,钢丝绳和其他摩擦耗能增加,第1、2阶段耗能增大,第3阶段耗能减小.      

连续刚构桥地震反应分析

根据功能要求、使用情况等确定抗震设防标准及设防目标,对拟建连续刚构桥建立全桥整体分析模型,选定不同概率水准的参数,采用纵向+竖向、横向+竖向的方式作为地震动输入,以寻求结构在纵、横向地震作用时各桥墩的内力分布规律,综合分析评价桥梁抗震性能.反应谱法计算结果表明:该桥具有足够的抗震能力,可以满足预期的设计性能.建议应更深入开展基于性能的抗震理论研究,并逐步将该方法应用于桥梁抗震设计.     

基于多因素分析的抗震结构阻尼耗能研究

阻尼耗散能量是基于能量性能抗震设计方法的重要指标,需要深入研究不同的地震动和结构特征参数下阻尼耗能的分配特征.以3种场地下的214条近断层地震记录为输入,以简化为理想弹塑性（EPP）、双线性（BL）和刚度退化（SD）滞回模型的单自由度体系的抗震结构在大量近场地震作用下的阻尼耗能分析为基础,从地震动特征和结构特性参数两种角度分别定量讨论了多种因素对结构阻尼耗能比值谱的影响规律.分析表明,场地土类型和断层距对阻尼耗能比的影响并不明显,持时和地震动峰值加速度在不同的周期和延性条件下对阻尼耗能分布比例有一定程度的影响,决定阻尼耗能分配比例的主要因素是结构阻尼、变形延性系数和结构自振周期.通过与计算结果的对比,指出了Akbas所建议计算方法存在的不足.研究成果对于探讨提高阻尼耗能的有效方法,发展基于能量原理的结构性能抗震设计方法具有参考价值.     

金佛山混凝土面板堆石坝地震反应3-D分析

基于等效线性模型,采用三维非线性动力有限元法对拟建金佛山混凝土面板堆石坝进行了地震动力反应分析,重点研究了坝体在地震荷载作用下的加速度反应、动应力反应、地震永久变形的规律和分布。计算结果表明:坝顶附近加速度反应较大,应采取相应的抗震工程措施;坝体动应力反应较小;坝体残余变形不大;大坝整体抗震性能较好,满足给定地震下的抗震安全性要求。     

桥梁抗震设计中滑移挡块作用机理

基于能量耗散理论及地震动力响应分析,研究了不同地震荷载水平下滑移挡块及桥跨结构承载变化趋势,分析结果说明,滑移挡块在地震荷载下依靠滑移产生摩擦阻力消耗一部分地震力,不会使桥跨结构产生过大刚度而将巨大地震冲击力反馈给下部桥墩及桩基,同时挡块将桥梁破损控制在一定范围内,能量大部分由挡块承担,导致主体结构受损较小,受损严重的挡块在震后也较容易进行快速修复。     

多落石冲击被动柔性防护体系的动力响应分析

应用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对被动柔性防护体系在落石冲击作用下的变形和能量进行研究，采用ANSYS/LS-DYNA的显式分析方法，模拟了多块落石在不同运动模式下，其冲击荷载对被动柔性防护体系的动力响应，根据时程曲线，对比分析了多块落石在不同运动模式下的位移、冲击力、能量变化规律. 分析结果表明:随着落石初始冲击动能的增加，防护网达到最大位移所需时间总体呈现减少趋势，且冲击时间在0.11～0.14 s之间；落石的最大冲击荷载出现在0.04～0.07 s，且随初始动能增加逐渐增大；在落石冲击过程中，被动柔性防护结构发生能量耗散，其中钢丝绳网在落石为滚动状态下的能量大于落石为弹跳状态下的能量，且钢柱在落石为滚动状态下的最大峰值能量大于落石在弹跳状态下的最大峰值能量；在钢丝绳网被冲破时落石在滚动状态下钢柱的能量发生急剧增大.