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。     

高地震烈度区大跨长联混凝土连续梁桥协同减隔震体系研究

高地震烈度区大跨长联混凝土连续梁桥上部结构质量大、地震响应高，抗震问题较为突出。介绍了基于协同减隔震技术的速度锁定摩擦摆支座的基本结构组成及摩擦耗能工作原理，并以西安市红光路沣河大桥为工程研究实例，提出制动墩“硬扛”体系、协同抗震体系和协同减隔震体系等3种结构体系，建立相应的地震分析模型对3种体系下的结构动力特性及地震响应进行计算分析对比。结果表明，相比其他体系，基于速度锁定摩擦摆支座的协同减隔震体系的结构自振周期得到了有效延长，纵向地震响应下降明显，墩梁之间的相对位移合理可控，该体系是高烈度区大跨长联混凝土连续梁桥的一种合理的减隔震体系。     

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.     

摩擦摆支座隔震城轨连续梁桥碰撞响应研究

隔震连续梁桥与邻梁较易发生碰撞并造成损伤,完善的减隔震设计应将碰撞效应考虑在内,以更好地保护梁体。以某城市轨道交通系统三跨连续梁桥为例,建立了该桥及相邻简支梁桥的空间有限元分析模型,采用非线性时程分析方法计算了不同工况中应用摩擦摆支座(FPS)进行减隔震设计后,隔震连续梁桥与相邻简支梁桥梁体的碰撞响应,探讨了梁端间隙、FPS主要设计参数对梁间碰撞响应的影响以及碰撞对隔震连续梁桥地震响应的影响。研究结果表明,同时考虑两端碰撞时,通过增大梁端间隙、减小支座等效滑动半径或增大支座摩擦系数的方式均可有效减少梁端碰撞发生的次数,虽无法保证梁间碰撞力同时减小,但是从效应累积角度考虑,仍然认为是有利于减弱梁间碰撞效应的。其中,增大梁端间隙或支座摩擦系数对碰撞效应的影响规律相似且减弱效果较为明显,减小支座等效滑动半径的效果次之。在设计中可主要通过适当增大摩擦摆支座摩擦系数和梁间间隙的手段来减小梁间碰撞效应。     

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。     

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。     

大跨度轨道交通桥梁抗震性能分析

为了解轨道约束作用和摩擦摆支座对轨道交通桥梁抗震性能的影响,以某大跨轨道交通桥梁[(85+135+85)m预应力混凝土连续梁]为背景,采用MIDAS Civil软件建立考虑轨道约束作用的线桥一体化有限元模型,选取承受惯性力最大的固定墩作为研究对象,研究轨道约束作用对桥梁抗震性能的影响和摩擦摆支座的减隔震效果,分析墩高对摩擦摆支座减隔震效果的影响。结果表明:考虑轨道约束作用后,桥梁的纵向自振频率有所提高,横向自振频率变化很小;考虑轨道约束作用时,固定墩的墩顶位移、墩底弯矩和墩底剪力比不考虑轨道约束作用时均明显增大;采用摩擦摆支座能显著降低固定墩的地震响应,摩擦摆支座具有良好的减隔震性能;摩擦摆支座的隔震效果随墩身高度的增加逐渐减小,摩擦摆支座适合在桥梁固定墩墩身刚度较大时采用。     

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。     

五O四厂黄河大桥的抗震设计与减隔震关键技术研究

该文以五O四厂黄河大桥3跨预应力混凝土连续梁桥为工程背景,研究了高烈度地震区大跨度高桩承台桥梁的抗震及减、隔震设计方法。建立全桥有限元模型,进行了E1水准及E2水准的地震反应分析及抗震验算。E2水准抗震设计中桩采用考虑轴力变化的纤维梁单元模拟。由于E2水准下桥墩的抗剪及桩身强度不满足要求,又对该桥进行了摩擦摆支座的减隔震设计。详细给出支座减、隔震设计的方法及步骤,并进行了非线性时程反应分析。结果表明减隔、震支座大幅提高了桥梁的整体抗震性能。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于不同墩高下高阻尼减隔震支座合理适用范围研究

以一座连续梁桥为例,采用CSIBridge有限元软件建立动力分析模型,分别对高阻尼减隔震橡胶支座和普通板式橡胶支座两种体系桥梁结构进行动力时程分析,对比两种支座体系桥梁结构在不同墩高工况下的地震响应。通过对结构自振周期、地震位移响应、桥墩内力等方面对比分析,研究高阻尼减隔震支座在地震荷载中对桥梁结构的减震效果。结果表明,在墩高较低时,减隔震支座能够通过水平方向大位移剪切变形及滞回耗能实现减震功能,而在高墩情况下,其减隔震效果不明显。综合考虑,高阻尼减隔震橡胶支座适用于墩高不超过40m的连续梁桥,在此墩高范围内具有较好的减隔震效果。     

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。     

考虑行波效应的长联大跨径减隔震连续梁桥地震响应研究

为探讨行波效应对长联大跨径减隔震连续梁桥结构地震响应的影响规律,以某长联大跨径钢桁架连续梁桥为对象,建立了该桥采用双曲面球型减隔震支座进行减隔震设计的三维有限元分析模型,通过基于大质量法的非线性时程分析,对该桥考虑行波效应和一致激励下的地震响应进行了计算和对比分析。研究结果表明:行波效应对大桥地震响应的影响较为明显,且与一致激励工况相比,考虑行波效应后大桥内力响应可能发生明显增大,不利于结构安全,而导致响应增大所对应的地震波视波速则会随支座参数改变发生变化;同时主梁位移则随加载视波速的增加缓慢增大,在一致激励作用下达到峰值;在类似减隔震设计中,应考虑行波效应的影响以保证结构响应在安全范围内,主梁位移可偏安全地以一致激励所得结果为准。     

板式橡胶支座连续梁桥横桥向抗震性能研究

板式橡胶支座在我国中小跨径梁桥中应用广泛,主梁通常直接放置在支座上,在地震作用下板式橡胶支座与梁底会发生滑动。基于某板式橡胶支座连续梁桥,采用非线性时程分析方法,探讨只考虑横向挡块的刚性约束作用、只考虑支座的水平剪切刚度及考虑支座与梁底的滑动效应三种模拟方法对结构横桥向抗震性能的影响。结果表明:考虑板式橡胶支座与梁底的滑动效应后,由于两者之间摩擦耗能及滑动后支座的隔震作用,桥墩的地震力有了明显减小,同时主梁位移与支座变形也得到了较好的控制,结构的减隔震效果最好,是一种合理地震模拟方法。同时,为了保证充分发挥板式橡胶支座滑动后的减隔震作用,横向挡块与主梁之间的间隙应预留出支座滑动的位移要求,该结论可供工程实践参考。     

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。     

大跨度长联矮墩连续梁桥抗震性能研究

采用有限元仿真方法对福州新南港大桥主桥的地震响应进行分析,对3种隔震设计方案下桥梁的承载力、恢复刚度、耗能特性及耐久性等进行对比,通过分析位移、弯矩、剪力等参数变化评价不同方案的隔震效果,确定采用摩擦摆支座进行抗震设计,并通过参数对比分析得出了摩擦摆支座最优摩擦系数和曲率半径。