基于拉索减震支座的高墩桥梁抗震设计策略

近年来,随着我国桥梁工程的高速发展,桥梁交通网络不断完善,更多的高墩桥梁被应用于实际工程中。以某实际工程中的高墩桥梁为例,提出了基于拉索减震支座的抗震设计策略,对比研究了常规体系、采用摩擦摆支座的减隔震设计方案,分析了不同方案在E2水平地震作用下的桥梁结构响应。分析结果表明：高墩桥梁中采用拉索减震支座、摩擦摆支座都能有效地降低结构地震内力响应。摩擦摆支座与常规体系都可能导致较大的墩梁相对位移;拉索减震支座可有效控制墩梁相对位移,有利于防止落梁灾害的发生,是一种合理有效的抗震设防策略。研究内容可为高墩桥梁抗震设计提供有益参考。     

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。     

基于摩擦摆支座的城市大跨连续梁桥减震性能研究

为研究摩擦摆支座在提高城市大跨连续梁桥抗震性能上的适用性,以位于8度区的（90＋170＋90） m某城市大跨连续梁桥为研究对象,对该桥摩擦摆支座进行设计,并采用非线性时程反应分析法研究摩擦摆支座的减震效果。结果表明：摩擦摆支座对城市大跨连续梁桥下部结构的纵、横向内力减震效果显著;从自复位能力的角度,摩擦摆支座的摩擦系数取值不宜过大,应根据非线性时程反应分析获得的支座最大位移量验算摩擦摆支座的自复位能力;由于该桥上部结构恒载较大,摩擦摆固定支座的静摩擦力远大于全桥的制动力,因此在不设置剪力键的条件下,也能满足桥梁的正常使用功能。     

小箱梁桥横向减震体系及其耗能特性

为改善小箱梁桥的横向抗震性能,以三角形钢板为基本耗能构件,提出板式橡胶支座与钢阻尼器组合、板式橡胶支座与钢挡块组合2种横向减震体系,详细阐述了2种减震装置的构造特点和力学特性。钢挡块体系的挡块间隙取板式橡胶支座发生滑动时的位移,以充分发挥支座的柔性减震作用。以一座简支小箱梁桥为例,在成本相同的前提下,研究2种减震装置屈服力变化对减震效果的影响,阐明了减震体系主要力学参数的确定方法,并采用非线性时程反应分析方法,对2种减震体系的耗能特性进行深入分析。选取2条典型的地震动输入,分析了2种减震体系对墩梁相对位移、最大墩底弯矩的影响和各自减震装置的耗能机制。结果表明:地震下钢阻尼器耗能大,通过提供耗能及较大的恢复力能有效控制墩梁相对位移,而钢挡块耗能小,主要通过提供恢复力来控制墩梁相对位移,因而阻尼器体系的限位效果要显著优于挡块体系;在一定范围内,增大钢阻尼器(挡块)屈服力可以显著减小最大墩梁相对位移,但不会明显增大下部结构地震力;当地震动输入在正负方向能量分布不均时,钢挡块体系中梁体频繁撞击一侧挡块,挡块的滞回圈数会显著减少,支座较易遭受地震损伤;而钢阻尼器体系更能适应不同的地震动输入。     

设置速度锁定支座的大跨桥梁结构的抗震性能研究

为了研究速度锁定支座对大跨桥梁结构的减震作用,以黄河特大桥为依托工程,建立了主桥及引桥的三维动力有限元模型,并对设置速度锁定摩擦摆支座后的桥梁结构进行抗震性能分析,以研究该支座的减震效果。分析结果表明,设置速度锁定摩擦摆支座后,主桥活动墩可有效分担固定墩的内力,而速度锁定摩擦摆支座也对支座位移有较好的控制作用;再者,相对大震作用,速度锁定摩擦摆支座在中震作用时的更为有效。由分析可知,本桥使用的速度锁定摩擦摆支座的减震性能良好,类似的,在大型桥梁结构上设置速度锁定摩擦摆支座,可有效提高桥梁结构的抗震性能。     

独塔双索面斜拉桥抗震性能研究

大跨度斜拉桥在地震力作用下梁体与墩台间较大的相对位移往往导致落梁或者相邻两跨梁体碰撞等震害的发生.该文着重介绍了一种新型拉索减震支座,它能够有效地降低地震下墩梁相对位移值.采用SAP2000通用有限元分析软件建立考虑桩土相互作用的斜拉桥三维有限元模型,分别对墩梁间设置普通盆式支座与拉索减震支座的结构动力响应进行了研究,对比分析了两种工况下墩梁相对位移以及桥墩底部地震力(弯矩和剪力)等的变化规律,表明拉索减震支座能够有效减小地震中墩梁之间的相对位移值.     

异型钢独塔斜拉桥抗震性能分析

青海省西宁市西平大街异型钢独塔斜拉桥的结构、交通荷载较为复杂。为了保证该桥的抗震安全,使项目能够顺利进行,从桥梁空间动力模型建模、摩擦摆支座模拟、地震动输入方向3个方面进行分析,完成了桥梁的建模计算。结果表明：沿纵桥向输入地震动时,边塔的轴力和剪力远大于主塔,而沿横桥向输入地震动时,主塔的轴力、剪力和弯矩均大于边塔;选用的摩擦摆减隔震支座设计减隔震起始力为竖向承载力的10%,在E2强震作用下,支座进入减隔震摆动工作状态,有效延长了结构自振周期,实现了该桥减隔震设计;伸缩缝的设置应预留足够梁体位移量,以避免地震时梁体与桥台发生碰撞;桥台与主梁之间设置黏滞阻尼器,可有效控制梁体和桥塔的纵向位移,并起到减震耗能的作用。     

基于摩擦摆支座的连续梁桥减隔震设计方法

依托新津河大桥抗震设计工程实例,详细阐述了减震和隔震的设计过程。在设计过程中,先后提出了盆式支座+摩擦摆支座方案和盆式支座+摩擦摆支座+黏滞阻尼方案,并用Midas Civil分别对两种方案进行了非线性时程分析。结果表明,对于中小跨度多跨连续梁桥,采用摩擦摆减隔震可以有效降低下部结构的地震内力响应,使得桥梁的主要构件在大震作用下仍保持弹性,但支座位移较大。文中随后在减隔震设计中增加了黏滞阻尼器,并选择了恰当的设计参数,计算结果表明,使用黏滞阻尼器支座后位移响应降低明显。综合计算结果表明,摩擦摆支座配合使用黏滞阻尼器,能够达到较为理想的减震、隔震效果。     

主跨460m协作体系斜拉桥抗震性能研究

巢湖大桥为主跨460 m的双塔双索面组合梁协作体系斜拉桥,设有1 122 m的一联主梁,且梁体较低。针对该桥塔墩地震力合理分配、地震位移控制和横桥向梁体鞭梢效应等抗震难点,分别对其顺桥向、横桥向的抗震体系进行方案研究。结果表明:顺桥向采用半飘浮体系,并在塔梁之间设置阻尼系数C=2 500 kN/(m/s)~α、速度指数α=0.3的液压粘滞阻尼器,利用阻尼器的力～位移相位差特性,在不显著增加桥塔受力的前提下,实现较好的滞回耗能效果;横桥向通过在辅助墩墩顶设置参数为μ=0.05、T=3.5 s的摩擦摆减隔震支座,延长了结构周期,大幅减小了辅助墩及其基础的地震内力,同时将墩梁相对位移控制在一定的范围内,桥塔的地震响应也有一定程度的减小。     

不同支座形式对临猗黄河大桥地震响应影响研究

以临猗黄河大桥主桥(112+14×128) m+(14×128+120) m高墩长联组合梁桥为背景,研究不同支座形式对高墩长联组合梁桥地震响应的影响。建立该桥有限元模型,考虑支座在强地震动作用下发生的滑动特性,采用非线性动力时程分析方法对摩擦摆支座和球型支座约束条件下桥梁的地震响应进行分析及损伤评价,从而提出合理的支座约束形式。结果表明:高墩长联桥梁中矮墩支座地震响应对地震动强度增长较为敏感,在桥梁抗震设计中应关注矮墩支座的地震响应;纵向支座位移响应大于横向支座位移响应,纵向墩底弯矩响应小于横向墩底弯矩响应;2种支座约束下的桥梁地震响应均满足两水准两阶段的抗震设防要求,只考虑支座位移响应峰值而不考虑支座自复位等属性时,球型支座更能有效降低高墩长联组合梁桥地震响应。     

宝鸡清溪渭河大桥主桥设计

宝鸡清溪渭河大桥主桥为(115+258+115)m的双塔斜拉桥,采用半飘浮的约束体系,桥面全宽29m,设有双向4车道及两侧人行道。桥塔采用钻石形钢筋混凝土结构,主梁采用双边"工"形钢-混组合梁,混凝土桥面板采用预制构件,在纵梁、横梁及人行道托架顶部均设有混凝土后浇带,通过剪力钉与钢主梁连接。斜拉索采用扇形布置的空间双索面平行钢丝拉索体系,通过钢锚箱和锚拉板分别与桥塔和主梁相连。桥塔和边墩基础采用钻孔灌注桩基础。桥址位于高烈度地震区,采取了在桥塔处设置纵向活动抗震球型支座、边墩设置纵向活动横向摩擦摆减隔震支座,在桥塔下横梁与主梁间设置纵向粘滞阻尼器的减隔震措施。根据结构特点以及建设条件,主梁施工方案采用大节段支架法。     

高速铁路无支座整体式刚构设计

为与相邻公路桥对孔布置并具有较优的结构性能,新建福州至厦门铁路泉州湾跨海大桥引桥采用多联(3×70)m无支座整体式刚构,该桥型全桥不设支座,边墩与中墩均与主梁固结形成整体刚构。该桥主梁采用预应力混凝土箱梁;墩高20~50 m,中墩采用实体墩或空心墩,边墩采用薄壁墩,相邻联边墩共用基础。通过在相邻梁端加装横向限位器、应用无砟轨道小阻尼扣件、边墩顶梁段采用两交界边墩临时固结后悬臂浇筑施工等措施较好地解决了梁端相对横向位移、轨道适应性及海上施工等问题。对该无支座整体式刚构桥结构性能进行分析,结果表明:其各项指标均满足规范要求,具有较好的经济性、抗震性能和景观效果。     

大跨钢桁梁桥拓宽改建工程抗震设计研究

为使拓宽改建后的钢桁梁桥结构体系满足现行的桥梁抗震规范要求,以拓宽改建后的松浦大桥主桥为例进行抗震设计研究。该桥主桥为两联(96+112)m连续钢桁梁桥,在拓宽改建后,上部结构自重明显增加,但下部基础因条件受限无法加固,考虑到该桥缺少必要的延性构件和震后的易修复性,宜采用减隔震设计。设计摩擦摆式减隔震支座和拉索减震支座2种减隔震方案,采用SAP 2000软件建立主桥有限元动力分析模型,研究2种方案的关键设计参数,并综合对比2种方案的减隔震效果。结果表明:摩擦摆式减隔震支座的减隔震效果较好、结构位移较小,但其受力复杂、安装制作繁琐且造价昂贵;拉索减震支座利用自由行程耗散能量,结构位移相对较大,但其受力简单、制作安装方便且易于更换,经济性能好。     

超大跨度斜拉桥的横向约束体系

为了确定超大跨度斜拉桥的合理横向抗震约束体系,以苏通长江公路大桥为研究对象,采用非线性时程分析方法,分析了3种边墩、梁横向约束体系即横向滑动体系、全限位体系和减隔震体系(流体黏滞阻尼器连接体系)对超大跨度斜拉桥地震反应的影响,重点研究了阻尼器的合理设置方式及阻尼器参数。结果表明:对于超大跨度斜拉桥,横向滑动体系和全限位体系均不是理想的抗震体系;而在边墩、梁之间设置横向流体黏滞阻尼器可以显著减小边墩的横向内力以及梁端的横向位移,流体黏滞阻尼器应分散设置在各边墩上。     

大跨连续刚构桥箱梁抗震分析与减震措施研究

高烈度地震区大跨连续刚构桥箱梁在地震作用下会发生弯曲变形,产生较大弯矩和剪力,对箱梁抗裂及承载能力产生不利影响。为减小连续刚构桥箱梁在地震作用下的内力,以(90+190+228+123+60)m刚构+连续梁协作体系桥为例,采用有限元软件Midas Civil建模,对主墩墩型和支座类型的影响进行抗震分析并提出减震措施。研究结果表明:①主墩采用双薄壁墩比独柱式空心薄壁墩对箱梁抗震有利;②在辅助墩、交界墩或桥台处设置高阻尼隔震橡胶支座,可以减小箱梁和主墩受力;③在主桥梁端纵桥向设置粘滞阻尼器可以显著降低箱梁和主墩的弯矩;④组合使用高阻尼隔震橡胶支座+粘滞阻尼器减震措施,可以在不中断交通的情况下显著提升连续刚构桥的抗震性能。     

上海长江大桥主航道桥设计要点

上海长江大桥位于长江入海口,跨越长江北港,全长16.55 km,其中跨江段桥梁是一座巨型组合桥,长9.97 km,由主航道桥、辅航道桥与非通航孔桥组成.主航道桥需通行5万吨级船舶,桥型采用主跨730 m的双塔双索面分离式钢箱梁斜拉桥,人字形桥塔,设计中预留了轨道交通线空间.着重介绍主航道桥的设计.     

填充式钢管阻尼器性能及在桥梁横向减震中的应用

中小跨径桥梁采用板式橡胶支座时，在横桥向地震作用下起到一定的隔震作用，但是墩梁相对位移偏大，主梁容易与挡块发生碰撞，甚至发生横桥向落梁等严重震害。为提高桥梁横向耗能能力，减小地震作用下主梁的侧向位移，研发了一种填充式钢管阻尼器，阻尼器与板式橡胶支座共同组成了桥梁横向减震系统。地震作用下，板式橡胶支座传递竖向荷载并提供一定的横向位移能力，填充式钢管阻尼器通过塑性变形耗散部分输入的地震能量，可以有效减小墩梁相对位移。首先阐明填充式钢管阻尼器的工作机理，试验研究其滞回性能和失效模式，并提出实用简化分析模型。在此基础上，以一座简支小箱梁桥为例，给出填充式钢管阻尼器主要参数的选取过程，分析了主梁和墩顶位移、桥墩与土-结构相互作用力以及填充式钢管阻尼器和桥梁挡块的滞回性能。结果表明：在地震作用下，填充式钢管阻尼器耗能和变形能力远大于钢筋混凝土挡块，附加填充式钢管阻尼器后，墩梁相对位移明显减小，而墩顶位移和墩底内力等变化不大，附加填充式钢管阻尼器后不会对桥墩、桩基等构件产生不利影响。     

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.     

改变支座模型对梁式桥地震反应的影响分析

针对一座4跨梁式桥在地震作用下的反应,采用大型有限元分析程序ANSYS,选取空间梁单元建立4种模型进行了动力特性分析;并选取3条地震波,进一步对比分析了支座模型改变后连续梁桥和简支梁桥内力和位移的地震反应。结果表明:改变梁式桥支座模型,上部结构在桥台和梁端间伸缩缝处及相邻梁和桥墩间伸缩缝处相对位移的地震反应会明显变大,但桥墩内力和位移的地震反应明显减小,隔震效果显著;合理选择台梁间、墩梁处和相邻梁体间伸缩缝处限位弹簧装置的刚度可以有效地减小上部结构在地震中的相对位移,防止其发生梁端碰撞和落梁破坏。     

不同墩柱形式的城市高架桥抗震性能研究

为研究不同墩柱形式对城市高架桥抗震性能的影响,选择合适的城市高架桥墩柱形式,依托3跨连续城市高架桥,采用SAP2000建立有限元模型,通过非线性时程分析结果对4种墩柱形式下城市高架桥的抗震性能进行分析。研究结果表明：城市高架桥双柱式桥墩设置盖梁和系梁会增大桥墩的横向刚度,使结构横向振动周期变小;桥墩设置盖梁和系梁会增大纵向地震作用下桥墩的受力;桥墩设置盖梁和系梁可以改变横向地震作用下桥墩的受力分布,使墩身弯矩变小,但会使剪力增大;盖梁和系梁的设置对摩擦摆支座和墩梁相对位移影响较小。研究成果可为同类型桥梁抗震设计提供参考。