非规则铁路连续梁桥抗震体系优化

从非规则铁路连续梁桥各桥墩协同抗震的角度,引入墩底摇摆隔震及支座减隔震,以1座(60+100+60)m连续梁桥为例,建立全桥动力分析模型进行地震反应分析,研究具有中等高度(20~30m)实心桥墩的非规则铁路连续梁桥采用摇摆隔震的适用性,以及全桥采用支座减隔震时的桥墩优化配筋准则。结果表明:采用摇摆隔震时,摇摆墩墩底恒载轴力大,提离位移敏感性高,地震作用下墩顶位移可控制在较小的范围且提离后墩底弯矩变化稳定,易随其余各墩协同抗震,经抗震性能验算确定摇摆墩配筋率为0.6%;采用支座减隔震时,桥墩本身地震反应贡献率最高可达71%,桥墩惯性力主控墩底内力,以地震作用下各墩同步保持弹性为原则,优化后各墩配筋率依次为0.7%,0.3%,0.5%和0.7%。以上2种优化均可使非规则铁路连续梁桥达到"大震不坏"的设防水平。     

高烈度地震区曲线连续梁桥的减隔震方案研究

结合高烈度区铁路曲线连续梁桥的工程实例,通过引入减震率对铅芯隔震橡胶支座、双曲面球型减隔震支座以及双曲面球型减隔震支座+黏滞阻尼器3种减隔震方案进行对比分析。结果表明:在多维地震动作用下,3种减隔震方案均具有良好的减震效果,采用双曲面球型减隔震支座+黏滞阻尼器的方案既可有效发挥双曲面球型支座摆动摩擦耗能,又可通过黏滞阻尼器限制最大位移,从而减少了双向耦合作用,延长了结构周期。同时,该方案可有效减少固定墩的最大地震响应,将地震荷载均匀分配至各墩,并充分发挥双曲面球型隔震支座的自复位功能,对震后的修复十分有利,是最优方案。     

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。     

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。     

城际铁路大跨度连续梁桥减隔震分析

由于城际铁路大跨度连续梁桥上部结构恒载较大,常规抗震设计难以满足规范要求。以西法(西安—法门寺)城际铁路(77+128+77) m大跨度连续梁桥为背景,采用摩擦摆减隔震支座和黏滞阻尼器相结合的减隔震措施,通过建立MIDAS/Civil有限元模型分析了城际铁路大跨度连续梁桥在高烈度区的减隔震性能。结果表明:所采取的措施可有效协同各墩共同承担地震响应,提高了结构的抗震性能;下部基础均处于弹性状态,墩梁之间的相对位移在合理范围内。     

高速铁路大跨连续梁-拱组合结构抗震性能研究

大跨连续梁拱组合结构在高烈度震区固定墩设计困难,伴随着大跨连续梁拱组合结构的大量建设,研究其在地震高烈度区的抗震性能具有重要工程应用价值。以一座跨度(110+228+110) m大跨连续梁拱组合结构为背景,为解决其固定墩设计困难的问题,采用普通支座体系、速度锁定器体系、黏滞阻尼器体系、双曲面减隔震支座体系4种不同的抗震方案进行比选分析,分析研究表明采用双曲面减隔震支座优势明显。同时又进一步进行了双曲面减隔震支座参数设计,其在强震作用下减隔震率超过60%,减隔震效果明显。综上可以看出,在强震作用下,大跨连续梁拱组合结构采用双曲面减隔震支座后,可有效降低纵桥向固定墩和横桥向各墩的地震响应,有效防止强震作用下结构的破坏,为结构优化带来较大空间。     

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。     

考虑温差效应的铁路连续梁桥锁死销减震研究

铁路连续梁桥一般只设一个固定墩,并由其承担上部结构的全部地震纵向荷载,这极易造成固定墩和伸缩缝破坏,甚至造成引桥落梁。基于连续梁桥活动墩的抗震潜能,提出在各活动墩与梁体之间设置锁死销连接装置。地震时,活动墩和固定墩协同受力,提高连续梁桥的整体抗震性能。以某典型铁路连续梁桥为例,研究锁死销的减震原理及对活动墩的影响,分析跨度、跨数以及温差对锁死销减震效果的影响。研究表明:在地震作用下锁死销可有效降低固定墩的内力响应和梁端纵向位移响应,明显提高连续梁桥的整体抗震性能;对于常规铁路连续梁桥,锁死销的减震效果受温差的影响较小,可以按年平均温度进行设置。     

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。     

贵广铁路东平水道特大桥抗震设计研究

东平水道特大桥主桥双线铁路(85.75+286+85.75)m钢桁架拱桥,为国内首座该类型铁路桥梁。桥位处抗震设防烈度为7度,主桥的地震设防为设计关键。建立主桥三维有限元抗震模型,详细研究在33号活动墩墩顶不设置或设置液体黏滞阻尼器装置对主桥的抗震影响效果,采用反应谱和时程两种分析方法,对抗震分析结果进行比较。结果表明:(1)地震反应不控制钢桁架拱桥和桥墩身结构设计,仅控制桩基础设计;(2)33号活动墩墩梁间设置纵向减隔震液体黏滞阻尼器,对32号固定墩纵向抗震响应影响不大,效果不明显;(3)给出的最小配筋率均能满足各桥墩桩基础抗震验算及预期的抗震要求。     

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。     

高烈度区长联大跨连续梁减隔震设计研究

长联大跨连续梁上部结构惯性力较大,传统延性抗震设计方法很难满足桥梁抗震性能需求,减隔震技术是解决这一问题的有效途径之一。对大跨度预应力混凝土连续梁的减隔震设计进行探讨,以传统盆式橡胶支座抗震方案作为对比对象开展液体黏滞阻尼器减震、双曲面球型隔震支座隔震研究。利用ANSYS建立全桥有限元计算模型,采用非线性弹簧单元COMBIN37模拟液体黏滞阻尼器,非线性弹簧单元COMBIN40及弹簧单元COMBIN14模拟双曲面球型隔震支座,输入50年超越概率2.5%的3条地震波进行非线性时程反应分析。研究结果表明:液体黏滞阻尼器减震效果明显,但其自复位功能差,震后残余变形大,不利于震后的修复;采用双曲面球型隔震支座,除边墩外其余各墩较均匀分担了地震荷载,墩身抗震性能得到充分发挥,减震效果优于液体黏滞阻尼器方案,且其具备自复位功能,震后修复难度较低,因此双曲面球型隔震支座方案为本桥的减隔震设计最优方案,该方案可为高烈度区大跨连续梁的抗震设计提供参考。     

减震榫在高烈度地震区高速铁路连续梁桥中的应用研究

为探明减震榫在高烈度地震区高速铁路连续梁桥中的适用性,有效提高桥梁抗震性能,开展三向限位减震榫在高烈度地震区高速铁路桥梁抗震效果的对比分析及性能试验研究.以渝昆高铁某典型三跨混凝土连续梁桥为工程背景,对比分析普通支座、减隔震支座、减隔震支座+减震榫3种不同减震措施下桥梁的抗震性能.在此基础上,通过开展三向限位减震榫的足尺性能试验研究,获得了减震榫的滞回耗能曲线,以等效黏滞阻尼系数为耗能指标,获得其耗能能力与延性变形规律.研究结果表明:三向限位减震榫可有效降低固定墩的墩底内力,耗能能力随着榫顶位移增大而增大.相关成果可为处于强震区的铁路混凝土桥梁减震设计提供参考.     

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。     

铁路连续梁桥铅芯橡胶支座优化设计研究

基于最优化理论,以梁体顺桥向位移为约束条件,各墩底最大弯矩之和为目标函数,建立某3跨铁路连续梁桥铅芯橡胶支座(LRB)隔震体系优化设计模型。采用ANSYS中一阶优化方法,进行全桥铅芯橡胶支座动力控制参数优化设计研究。单条地震波输入优化分析表明:连续梁桥中墩和边墩LRB优化参数之间有明显差异,最大差距达42.18%。由于4组单条地震波激励下LRB参数优化解差距较大,进一步以4条地震波作为激励进行支座设计参数优化。结果表明:对于铁路连续梁桥,多条地震波激励下得到的目标函数最优解较单条地震波时更安全。故在实际桥梁减隔震设计中,减隔震支座参数宜采用多条地震波激励下得到的优化值,以确保连续梁桥结构在地震作用下的安全。     

基于双曲面球型减隔震支座的铁路简支梁桥桥墩地震损伤分析

由于双曲面球型减隔震支座作为一种新型支座在铁路桥梁中应用较少,采用ABAQUS软件建立8m及25m墩高的铁路简支梁桥有限元模型,研究双曲面球型减隔震支座减少桥墩地震损伤的效果,并对数值仿真结果进行振动台试验验证。研究结果表明:双曲面球型减隔震支座减少铁路简支梁桥桥墩地震损伤的能力远大于普通球型支座,且在大多数情况下能有效防止桥墩进入屈服状态;采用双曲面球型减隔震支座时,8 m墩的地震损伤减少的效果明显好于25 m墩,且25 m墩在高烈度地震作用下屈服的可能性较高。     

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。     

E型钢支座对铁路简支梁桥隔震效果研究

以某铁路不同墩高的8跨简支梁桥为例,基于大型有限元分析程序SAP2000,分别建立了各跨简支梁桥的未隔震模型及采用E型钢阻尼支座进行减隔震的计算模型。采用了七条实际地震波作为激励进行了动力时程响应计算并进行统计对比分析。分析结果表明,对于不同墩高的桥墩,E型钢阻尼支座的隔震效果随着桥墩高度的增大,墩底弯矩和墩底剪力的隔震率逐渐减小;采用相同参数的E型钢阻尼支座时,不同高度的桥墩隔震效果有明显差异,因此在工程设计中,针对不同高度的桥墩应采用不同参数的E型钢阻尼支座,以达到优化的减隔震效果。     

不同设计参数下刚构-连续组合曲线梁桥地震响应敏感性分析

结合大跨、高墩、长联曲线铁路梁桥的工程实例,利用大型通用有限元软件ANSYS,采用反应谱的分析方法,给出了该桥在不同的曲线半径、桥墩墩高、墩梁约束方式下的自振频率和振型,分别按纵桥向和横桥向的激励方式,分析了中跨跨中位移,墩顶位移及墩底弯矩随设计参数变化的规律。结果表明:自振频率受桥墩墩高和墩梁连接方式的影响较大,受曲线半径的影响较小;曲线半径在一定范围内变化时,地震响应变化较小;在纵向反应谱的作用下,桥墩墩高的改变对地震响应的变化规律比较复杂,在横向反应谱的作用下,地震响应有一定的变化规律;墩梁约束方式为约束7的地震响应最小,但综合考虑温度、制动力学因素,应该是原设计约束5最优。