九度强震区高铁简支箱梁减隔震体系研究

为提出适用于9度强震区高速铁路简支箱梁的合理减隔震体系,基于核密度估计的地震易损性分析方法,以某高速铁路9度区32 m跨度简支箱梁为工程背景,采用时程分析法建立5种减隔震方案下桥梁结构地震易损性曲线,研究5种减隔震体系对桥梁抗震性能的影响。分析结果表明：球型钢支座与减隔震支座限位能力不足,不能满足9度地震区铁路简支梁桥抗震需求;采用减隔震支座、弹塑性限位耗能装置与钢防落梁组合减隔震体系后,9度区铁路简支梁地震损伤破坏发生概率最低,罕遇地震下桥墩完全破坏发生概率可控制在8%,金属弹塑性限位耗能装置具有耗能减震效果,可降低墩底内力,保护桩基础,同时钢防落梁发挥限位作用,罕遇地震下支座发生完全破坏的损伤概率小于10%,有效防止了落梁震害;推荐双曲面减隔震支座+弹塑性限位耗能装置+钢防落梁方案作为9度区铁路简支梁的组合减隔震体系。     

减震榫在宝兰客专48 m简支梁桥中的设计应用

研究目的:位于高烈度地震区的高速铁路大跨简支梁桥具有质量重、跨度大、抗震设防问题突出等显著特点。多遇地震下可通过加强墩身及基础配筋来满足抗震需要,而罕遇地震下如何合理确保结构的安全,成为亟待解决的关键问题。本文针对宝鸡至兰州客运专线上位于0.3g动峰值加速度区的48 m大跨简支梁桥开展设计研究,采用墩顶设置减震榫的方式进行减隔震设计。研究结论:(1)减震榫采用"支座功能分离"的构思,将传统支座的水平力传递和竖向支撑功能完全分离,梁体竖向反力及梁端转角仍由支座实现,水平力及水平位移由采用低屈服点钢阻尼器减震榫支撑和控制,结构构造简单,设计理念先进;(2)减震榫的减震效率在顺桥向随着墩高的变化而变化,当墩高≤12 m,多遇地震下减震率最大达54%,当墩高增大到20 m时,多遇地震下减震率最小为29%,横桥向的减震率基本维持在43%~55%;(3)罕遇地震下,采用减震榫后,可以将墩顶罕遇地震下的水平地震力减小到多遇地震未采用减震榫时墩顶水平地震力的程度,随着墩高的增加,设置减震榫后罕遇地震下的水平地震力将略大于多遇地震下未设置减震榫的墩顶水平地震力;(4)本研究成果可为今后高烈度地震区大跨桥梁的减隔震设计和施工提供参考。     

低屈服点钢阻尼器在高速铁路简支梁桥中的应用研究

高速铁路简支梁桥应用低屈服点钢阻尼器,可以大幅度提高结构的抗震性能.选择三种墩高的典型高速铁路简支梁桥为研究对象,进行了罕遇地震下设置减震榫时的非线性时程反应分析及不设置减震榫时的线性时程反应分析.研究结果表明,减震榫有优异的减震性能,应用该装置可以大幅提高桥梁的抗震性能,解决了我国高速铁路桥梁刚度大,配筋率低,难以出现塑性铰的技术难题.     

高速铁路简支梁桥减隔震研究

研究目的:近年来,为满足人们对交通运输的需求,高速铁路工程事业正蓬勃发展,相应的高速铁路抗震问题也引起越来越多的学者们的关注。但是,一般的减隔震装置难以满足高速铁路地震时行车安全性的严格要求。基于此,本文针对罕遇地震作用下的高速铁路简支梁桥提出一种新型减隔震系统,并对新型减隔震系统的动力设计参数进行优化设计,使其更好地服务于高速铁路桥梁。研究结论:(1)在LRB性能参数的可行域内能够获得满足本文分析模型约束条件的最优解,因此优化设计提高了新型减隔震系统的控制效果,可降低生产成本;(2)新型减隔震系统对强震下高速铁路简支梁桥地震响应具有良好的控制效果,新型减隔震系统可在减少梁端纵向位移、保证桥墩不屈服的基础上,使桥墩底部的弯矩最小化;(3)在高速铁路简支梁桥的减隔震设计中,梁端纵向位移和桥墩剪力是主要约束条件,对新型减隔震系统性能参数最优解的选取起着重要作用;(4)利用SQP算法求解本文建立的优化设计模型,最优解收敛迅速且稳定;(5)该研究结论可为减隔震技术在高速铁路简支桥梁中的设计和应用提供全新的思路与手段。     

罕遇地震作用下高速铁路减隔震简支梁桥合理计算模型的探讨

以往在分析减隔震桥梁的地震响应时,由于考虑到桥墩和基础应保持弹性工作状态,在基于强度的设计中偏于安全考虑桥墩一般采用毛截面刚度建立弹性梁单元模型。实际上,在罕遇地震作用下,桥墩墩底截面虽然未达到屈服状态,仍然会出现保护层混凝土开裂,并导致桥墩刚度降低。此时,应考虑对桥墩刚度进行适当修正以估计桥梁的各项地震响应参数,这也有利于实现减隔震桥梁基于位移的抗震设计。结合西部高速铁路中典型的简支梁桥结构形式,分别采用弹塑性纤维梁柱单元、弹性梁柱单元、考虑刚度修正的弹性梁柱单元模拟桥墩建立3种计算模型,探讨适用于罕遇地震作用下的高速铁路减隔震桥梁的合理计算模型。结果表明,当罕遇地震作用下桥墩位移延性超过0.5时,考虑刚度修正的弹性梁柱单元模拟桥墩的计算模型能够较好地估计桥梁各项地震响应参数。     

高阶模态对铁路减隔震桥梁地震响应的影响

研究目的:针对减隔震桥梁的抗震分析,各国规范都提出了单模态的反应谱分析方法,然而在一些条件下高阶模态的参与程度增加将导致单模态的分析方法产生严重的偏差。为分析高阶模态对减隔震桥梁地震响应及简化抗震分析方法的影响,本文以高速铁路典型简支梁桥为例,采用模态时程分析方法探讨基阶模态对减隔震桥梁墩顶位移、墩底剪力等各项不同地震响应参数的贡献程度,并采用直接积分的非线性时程分析方法研究罕遇地震作用下墩顶位移峰值时刻、墩底剪力峰值时刻等多个关键时刻桥墩-减隔震装置-主梁体系的变形特点,最后采用一种单模态反应谱分析方法说明高阶模态对该类方法计算精度的影响。研究结论:(1)在墩高较高或减隔震装置设计位移较大的情况下,高阶模态将极大影响减隔震桥梁的地震响应;(2)基阶模态对于减震榫变形和主梁位移的贡献较大,而对墩顶位移和墩底弯矩的贡献较小,对墩底剪力的贡献程度最低;(3)高阶模态的影响会降低单模态反应谱分析方法的计算精度,尤其是墩底剪力;(4)本研究成果可应用于高铁桥梁的减隔震设计。     

罕遇地震作用下高速铁路简支梁桥抗震性能分析

简支梁桥在高速铁路中占到了极高的比例,其抗震性能值得深入研究。结合西部高速铁路中典型的简支梁桥结构形式,建立不同墩高的高速铁路多跨简支梁桥的全桥空间分析模型,在模型中采用纤维单元模拟桥墩,并对固定支座锚固螺栓在罕遇地震作用下可能被剪断的力学特性予以适当的模拟,采用非线性时程方法分析高烈度地震区内该类桥梁在罕遇地震作用下的弹塑性地震响应,讨论该桥的损伤模式。分析结果表明:相比纵桥向地震作用,墩高20 m以内的高速铁路大跨度简支梁桥在横桥向地震作用下的桥墩损伤程度更大;整体看来桥墩具有较好的抗震性能,而合理控制支座锚固螺栓被剪断后主梁所产生的较大位移将成为铁路简支梁桥抗震设计中的重点。     

九度地震区高铁简支梁减隔震体系适应性分析

研究目的:随着我国"十三五"铁路规划深入发展,西南山区将陆续修建多条高速铁路,然而西南山区地震带分布广泛、活动断层十分密集,许多铁路线不可避免地跨越或靠近地震断层,近断层地震带与其诱发的大地震灾害必将是影响高速铁路安全运营的主要因素,而传统的铁路桥梁减隔震措施难以满足近断层桥梁抗震要求。因此,本文针对9度地区典型铁路简支梁桥,提出多种减隔震措施,研究各种措施的本构模型,并采用数值模拟方法,开展近断层9度地震区典型铁路简支梁桥合理减隔震措施的对比分析研究。研究结论:(1)近断层强震作用下,采用球型钢支座、双曲面球型减隔震支座两种措施无法有效控制墩梁间的地震相对位移,且球型钢支座措施极易引起落梁震害,两种措施不适用于近断层桥梁抗震;(2)在近断层强震作用下,采用双曲面球型减隔震支座+减震卡榫的措施可有效降低桥墩内力和变形,减震卡榫能够很好地耗散地震能量,限制墩梁地震相对位移,该方案适用于近断层高速铁路桥梁抗震;(3)本研究成果可为近断层铁路简支梁桥的设计建造与抗震设防提供技术支撑。     

轨道约束对铁路减隔震桥梁地震响应的影响

轨道是限制铁路桥梁减隔震装置在地震中发挥耗能作用的一个可能因素。为了分析轨道约束对铁路减隔震桥梁地震响应的影响,以高速铁路客运专线上两座采用不同减隔震装置的32m简支桥梁为对象,用非线性弹簧单元模拟道床的纵向位移阻力关系,建立地震作用下桥梁与轨道共同作用的线桥一体化计算模型,对其进行弹塑性地震响应分析。结果表明:轨道对铁路减隔震桥梁纵向自振频率的影响不可忽视,影响程度与道床阻力系数有关,随着道床阻力系数增加,结构的自振频率增大;轨道约束虽然对墩底的最大地震剪力影响不大,但对桥梁纵向地震位移和减隔震装置变形的影响出现增大和减小两种现象,设计时应考虑轨道约束产生的不利因素,适当提高相邻梁间的结构允许相对变形要求。     

高速铁路连续梁桥纵向减震装置机理性研究

研究目的:为了给高速铁路大跨连续梁桥纵向减震设计提供依据,本文基于某(60+100+100+60)m大跨连续梁桥,对比研究采用Lock-up装置、粘滞阻尼器和双曲面球型减隔震支座的减震机理与减震效果,对影响减隔震效果的相关参数进行分析研究,并讨论减隔震装置的合理参数区间以及适用范围。研究结论:(1)Lock-up装置不耗能,通过改变结构地震力分配路径来减小固定墩内力响应,但会减小结构纵向振动周期,导致结构总体内力响应增加,因此对于矮墩桥梁的减震效果较好;(2)粘滞阻尼器不改变桥梁结构的动力特性,主要通过滞回耗能来减小结构地震响应;(3)采用双曲面球型减隔震支座后,结构的纵向振动周期延长,支座滞回耗能为结构提供了附加阻尼,显著减小了固定墩的内力,但同时增加了墩梁相对位移;(4)该研究成果可以为高速大跨连续梁纵向减震设计提供参考。     

地震作用下高速铁路简支箱梁桥横向偏心碰撞反应分析

随着高速铁路的快速发展,越来越多的高速铁路桥梁修建于地震区。我国高速铁路32m简支箱梁桥通常设置型钢挡块作为横向防落梁措施,强震作用下,桥梁上、下部结构由于动力特性的不同而发生不同相振动,从而引起挡块与垫石间的非线性碰撞。本文针对这种横向碰撞现象,建立考虑上部结构与垫石间偏心距、支座非线性和墩柱弹塑性的横向碰撞模型,通过非线性地震反应时程分析,评估防落梁措施的抗震性能,并研究二期恒载、桥墩线刚度、垫块类型及墩柱弹塑性等参数对结构地震响应的影响。结果表明:目前高铁桥梁中采用的防落梁措施对横向限位起到重要作用,强震作用下型钢挡块与垫石之间的碰撞可能引起桥墩破坏,在其间设置硬木垫块可以适当降低碰撞力,有效改善高铁桥梁体系的横向抗震性能。     

九度地震区近断层高速铁路简支梁桥减隔震支座系统研究

通过对渝昆(重庆—昆明)高速铁路九度地震区近断层地震动人工地震波进行反应谱分析,发现近断层地震动比远场地震动对高速铁路简支梁桥结构安全威胁更大,提出采用双曲面球型减隔震支座+剪力榫组合的减隔震支座系统进行抗震设计,并对其减震原理予以阐述。以近断层人工地震波为地震动输入,分别对10 m高实心墩和20 m高空心墩的五跨简支梁进行非线性时程分析。以普通支座作为参照,对比分析双曲面球型减隔震支座和双曲面球型减隔震支座+剪力榫组合的减隔震支座系统的减震性能。结果表明,九度地震区近断层高速铁路简支梁桥须采用减隔震支座系统才能满足结构抗震设计要求。     

液体黏滞阻尼器与双曲面球形减隔震支座联合应用研究

以某城际铁路105 m简支系杆拱桥为工程依托,采用液体黏滞阻尼器与双曲面球形减隔震支座联合作用方式,对结构进行罕遇地震下的抗震设计,以了解二者联合应用于减隔震设计时的特性。利用Midas/Civil软件,采用非线性时程分析方法,对液体黏滞阻尼器与双曲面球形减隔震支座分别应用于结构的减震效果,以及二者联合应用时的减震特性分别进行了分析。分析结果显示,液体黏滞阻尼器的减震效果要优于双曲面球形减隔震支座。在给定的减震目标下二者联合应用时,液体黏滞阻尼器的吨位及结构墩顶水平力均较单独使用有所降低,对阻尼器的布置及结构的抗震设计是有利的;双曲面球形减隔震支座对地震能量耗散小,支座的摩阻系数提高时虽然增大了地震能量消耗比,但增大了结构墩顶水平力与震后残余位移,对结构抗震是不利的;二者联合应用时,应结合设防结构自身特点与减隔震设计目标,选取合适的设计参数。     

铅芯橡胶支座高墩铁路简支梁桥减隔震特性的研究

以某高墩铁路简支梁桥桥墩为研究对象,考虑了铅芯橡胶支座的非线性特性和桥梁结构的相互影响,在建立高墩铁路简支梁桥全桥动力分析模型的基础上,利用时程分析的方法,对不同地震输入激励条件下隔震桥梁的动力响应及减震率进行了计算研究,取得了一些有使用价值的结果,为高墩铁路简支梁桥的减隔震设计、提高桥梁结构的抗震安全性提供了参考.     

双曲面球型减隔震支座在城市轨道交通桥梁中的应用

对晋中—太原城市轨道交通L2号线高架桥梁采用双曲面球型减隔震支座进行抗震设计。利用MIDAS建立有限元模型,采用反应谱法、非线性时程法计算在多遇地震、罕遇地震作用下的地震反应。地震分析结果表明:在多遇地震下支座未被剪断,结构受力与普通支座一致,结构处于弹性工作状态;在罕遇地震作用下支座被剪断,双曲面减隔震支座发挥减隔震作用,结构仍处于弹性工作状态。与延性设计相比,采用双曲面减隔震的桥梁能有效降低地震反应,避免结构构件的损伤、震后修复困难等问题,能产生很好的经济效益和社会效益。双曲面球型减隔震支座应用于城市轨道交通桥梁工程中,可为今后地质条件复杂及地震高烈度城市地区的轨道交通桥梁提供设计依据,也可为今后相关设计规范、标准的修订提供技术支持。     

高速铁路梁桥减隔震研究

研究目的:高速平稳行车的安全性、舒适性、巨大的列车活荷载对高速铁路桥梁支座的性能有着严格要求,一般的减隔震装置难以满足要求。因此,本文提出功能分离的设计理念,研发适用于高速铁路桥梁的功能分离型减隔震系统,并采用振动台试验验证功能分离型减隔震系统对高速铁路简支梁桥地震响应的控制效果。研究结论:(1)功能分离型减隔震系统工作后,桥面峰值加速度在不同烈度下减少幅度达30%~51%,证实了功能分离型减隔震系统的有效性,台面加速度被削弱程度仅与地震输入烈度大小有关,与输入地震波特性无关;(2)功能分离型减隔震系统工作机制遵循了本文建议的基于功能分离型减隔震系统的高速铁路桥梁减隔震设计原则;(3)地震强度对功能分离型减隔震系统的最大水平滑动位移影响较大,最大水平滑动位移随着地震强度的增大而增加,功能分离型减隔震系统复位状况良好,发挥了良好的滞回耗能和提供了足够的恢复力的功能,阻止能量向桥梁上部结构的传递;(4)调节功能分离型减隔震系统中的铅芯橡胶支座的水平刚度,可有效减小梁体在地震作用下的水平位移,提高功能分离型减隔震系统的适用性是进一步研究内容;(5)该研究结论可为减隔震技术在高速铁路简支桥梁中的设计和应用提供全新的思路和手段。     

近断层高速铁路典型桥梁抗震优化设计研究

研究目的:西南山区某高铁穿过现今非常活跃的小江断裂带,设防烈度高达九度。高地震烈度和近断层脉冲效应对铁路桥梁的抗震设计和高速列车行车安全提出了更高的要求。基于此,本文通过分析近断层地震激励下典型高铁桥梁的弹塑性动力响应规律,开展桥梁减隔震装置和桥墩设计参数优化研究。研究结论:(1)桥墩在近场地震动作用下轴力变化较大,对桥墩的承载能力产生较大的影响,在抗震设计中应予以考虑;(2)采取本文提出的优化设计流程能够使得桥墩在整个墩高范围内纵桥向和横桥向具有相近的安全储备,并充分发挥混凝土和钢筋两种材料的性能;(3)采用摩擦摆支座+限位耗能杆的减隔震体系具有良好的减隔震效果,内力减震率可达20%以上;(4)若允许支座销钉在多遇地震时剪断,可使多遇地震下墩底内力进一步降低11%～45%,由此降低的梁体横向加速度和增大的位移响应对行车安全性影响应进一步结合车桥耦合振动分析确定;(5)本研究成果可为高铁典型桥梁抗震设计提供参考和依据。     

轨道交通高架桥梁减隔震分析与应用

阐述E型钢减隔震支座的减震机理,通过非线性时程分析,证明轨道交通减隔震体系的有效性与可靠性,说明应用减隔震支座的桥梁减隔震体系可大幅减小地震力,并消除不确定因素对抗震设计的影响,从而提高结构的抗震安全性和设计的经济性。实践表明,减隔震技术在轨道交通领域的成功应用,将为我国轨道交通抗震设计开辟一个新领域,进而提高轨道交通高架桥梁的抗震防灾能力。     

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。     

高速铁路钢混连续梁桥弹性约束体系抗震性能研究

以一座高速铁路大跨度钢混连续梁桥为工程背景,介绍了弹性约束体系及设计参数取值方法,从动力特性、桥墩剪力、墩顶位移等方面对比分析了弹性约束体系、连续约束体系的地震响应,探究弹性约束体系纵向抗震性能。结果表明：与连续约束体系相比,弹性约束体系显著延长了桥梁结构自振周期,且多个主墩协同受力;弹性约束体系有效减小了桥墩纵向剪力和墩顶水平位移,设计、罕遇地震工况下桥墩纵向剪力减震率分别为61.26%、40.56%;罕遇地震工况下,弹性约束多功能支座位移达到弹性位移设计值,纵向水平力由纵向限位装置、弹性约束装置共同承担。弹性约束体系具有良好的纵向减震性能,设计地震、罕遇地震工况下桥墩纵向剪力平均减震率分别为60%、43%。