大跨度连续梁桥摩擦摆支座布置及参数研究

以1座(71+83+123.5+240+123.5+83+71)m大跨度连续梁桥作为研究对象,研究摩擦摆支座的布置方式以及支座的力学参数取值对结构的地震响应的影响。分析结果表明:采用摩擦摆隔震支座体系的大跨度连续梁,在E2地震作用下,能大幅降低原固定墩的受力,使得各墩内力分布更加均匀,同时降低墩顶的位移;综合考虑可以仅在主跨的主墩上布置摩擦摆支座;摩擦摆支座摩擦系数的变化对结构地震反应影响很大,摩擦系数的增大虽然使支座耗能能力增加,但是过大的摩擦力不能有效地阻断墩梁间惯性力的传递,不能充分发挥隔震支座的耗能作用,建议摩擦系数采用0.02~0.03;摩擦摆支座半径的变化对结构地震反应影响很小,建议根据支座竖向承载力采用相应的曲率半径。     

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。     

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。     

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。     

剪力键对摩擦摆式支座减隔震效果的影响

以粤东高烈度地区某连续梁桥为背景,提出ANSYS中对带剪力键的摩擦摆减隔震支座的数值模拟方法,通过建立全桥有限元模型,利用该数值模拟方法分析剪力键对摩擦摆支座减隔震效果的影响。通过改变摩擦摆支座的相关参数,研究参数变化对摩擦摆支座减隔震效果的影响。研究结果表明:在摩擦摆支座的摩擦因数较小且摩擦摆滑道曲率半径较大时,剪力键对采用摩擦摆支座的减隔震桥梁墩底弯矩影响较大,需要在地震反应分析时考虑剪力键的影响。     

多跨连续梁桥的隔震方案研究

为改善多跨连续梁桥的抗震性能,以(55+4×90+55)m的韩江特大桥主桥为研究背景,采用ANSYS软件建立全桥有限元模型,应用非线性时程分析方法对不同减隔震支座方案的桥梁结构地震响应进行分析。研究结果表明:不同减隔震支座方案下韩江特大桥主桥纵飘和主桥横弯振型出现的阶数与对应的自振频率均不同;韩江特大桥主桥的减隔震支座方案宜优先选用摩擦摆减隔震支座,在隔震支座选型时应综合考虑墩底弯矩、墩梁相对位移、支座位移等多项指标。     

罕遇地震作用下连续梁桥双曲面摩擦摆支座参数优化及减震效果研究

以韩江特大桥主桥(55+4×90+55)m为实际工程背景,开展罕遇地震作用下多跨长联连续梁桥双曲面摩擦摆支座参数优化及减震效果研究。采用通用有限元软件ANSYS建立桥梁动力分析模型,利用非线性动力时程分析方法,对双曲面摩擦摆支座的滑动摩擦系数和曲率半径进行参数敏感性分析,并与未设置双曲面摩擦摆支座情况的地震响应进行对比分析。结果表明:制动墩墩底内力和墩顶位移随支座曲率半径的增加而减小,随着支座摩擦系数的增加呈先减小后增大趋势;活动墩墩梁相对位移和摩擦摆支座位移随支座曲率半径的增加而增大,随着支座摩擦系数的增加而减小;摩擦摆支座的水平剪力随着支座曲率半径的增加而减小,支座摩擦系数对支座水平剪力影响规律不明显。综合考虑双曲面摩擦摆支座的减震效果和经济效益并结合该桥多跨长联的特点,建议双曲面摩擦摆支座的滑动摩擦系数取0.03,曲率半径取3m。     

双线铁路简支梁桥的摩擦摆支座适用墩高范围研究

针对常用的32 m跨度双线铁路简支梁桥,研究摩擦摆支座在不同墩高情况下的减隔震率,确定适用墩高范围。运用OpenSEES软件,分别建立不同墩高情况下的采用普通支座(即球形钢支座)和摩擦摆支座的铁路简支梁桥有限元模型。对比采用2种不同支座的桥梁在同一地震动输入下的地震响应,确定不同墩高情况下的摩擦摆支座的墩顶位移减隔震率与墩底弯矩减隔震率。研究结果表明:如果要求纵、横向墩顶位移减隔震率大于55%,同时要求纵、横向墩底弯矩减隔震率大于25%,常用双线铁路简支梁桥的适用墩高范围为0～52 m。     

近远场地震作用下基于摩擦摆支座的高速铁路连续梁桥减隔震研究

以1座跨径布置为(60+100+60)m高速铁路预应力混凝土连续梁为研究对象,采用SAP2000软件建立基于CRTSⅡ型板式无砟轨道系统的线桥一体化模型,运用非线性时程分析法,考虑近远场地震动,进行基于摩擦摆支座的高速铁路连续梁桥减隔震研究。结果表明:对于中小跨径高速铁路连续梁桥,在远场地震动下,主墩支座采用摩擦摆支座,联间墩支座采用普通盆式支座,可实现与全桥采用摩擦摆支座相当的减隔震效果;在近场地震动下,采用摩擦摆支座应用于主墩,普通盆式支座配合减震榫应用于联间墩,在避免邻梁碰撞的同时也可达到预期的减隔震效果;轨道约束系统对墩梁相对位移的限制及联间墩支座承担梁体质量较小是造成应用于联间墩的摩擦摆支座减隔震效果不佳的主要原因。     

金水沟特大桥弹塑性抗震分析

为了深入了解高墩大跨预应力混凝土刚构连续梁桥在罕遇地震下结构的反应特征,利用Midas/Civil软件,混凝土和钢筋分别采用Mander本构关系和修正梅内戈托与平托本构关系,建立结构的纤维模型,对金水沟特大桥进行罕遇地震下的弹塑性抗震分析。分析结果表明,纤维模型可以有效模拟结构地震下的反应,在罕遇地震下的强度与变形均满足规范,满足"大震不倒"的抗震设防要求,并且还有一定的安全储备;对于金水沟这类高墩大跨刚构连续梁桥,横桥向墩底为控制截面,顺桥向连续梁墩墩底、刚构墩的墩顶与墩底均为控制截面,并且结构顺桥向的地震力较横桥向更为控制结构设计。     

大跨度连续梁拱组合桥梁轨互制特征

为研究大跨度连续梁拱组合桥梁轨相互作用特征,以梅汕线上某(34+160+34)m刚架系杆拱钢箱连续梁组合桥为背景,采用理想弹塑性模型模拟线路纵向阻力,建立"轨-拱-梁-墩"一体化空间模型,对钢轨纵向力的分布规律进行分析,对是否考虑轨道作用下的主梁应力、梁端转角、墩底纵向反力进行比较。结果表明:连续梁拱组合桥远离固定支座的梁端处钢轨纵向力较大,其中最大伸缩应力达到114.0 MPa,在不设钢轨伸缩调节器时钢轨强度仍满足要求;轨道结构对温度荷载和制动力作用下的主梁应力影响较大;轨道结构对梁端转角及墩底纵向反力的分配亦有较大影响。     

地基柔性效应对铁路连续梁桥弹塑性地震反应的影响

以某高速铁路大跨连续梁桥固定墩纵桥向的弹塑性地震反应为研究对象,建立考虑地基柔性约束效应的单墩动力计算模型,分析地基柔性效应对桥墩动力特性及弹塑性地震反应的影响规律。结果表明:地基比例系数m值的改变对桥墩的1阶自振频率影响较明显;随着地基比例系数m值的降低,墩顶位移及基底位移逐渐增加;地基越软,桥墩的弹塑性地震反应有增大的趋势。为了更加合理的描述桥墩的塑性状态,建议对软土场地桩基础钢筋混凝土桥墩进行延性抗震设计时,优选墩底曲率延性指标进行评价。     

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。     

双曲面球型减隔震支座在刚构连续梁桥中的应用

结合处于高烈度地震地区的某(48+4×80+48)m刚构连续梁桥的工程实例,分析表明对高烈度区的长联多跨刚构连续梁桥进行常规抗震设计往往无法达到抗震设防目标。应用双曲面球型减隔震支座进行减震设计,可以有效地降低抗震设计控制截面的内力,使结构设计更容易满足抗震规范的要求。同时分析了双曲面球型减隔震支座的两个主要参数摩擦系数和球心距对刚构墩减震效果的影响。对于同一个球心距,刚构墩墩底的顺桥向弯矩响应、墩顶的顺桥向位移响应随摩擦因数的增大而减小,横桥向弯矩响应、横桥向位移响应随摩擦因数的增大而增大;对于同一个摩擦因数,随着球心距的增加,刚构墩墩底的顺桥向、横桥向弯矩响应以及墩顶的横桥向位移响应均呈现减小趋势,而刚构墩墩顶的顺桥向位移响应呈现先减小后增大的趋势。     

速度锁定器在桥梁抗震中的有限元模拟

为准确模拟新型抗震支座—速度锁定器在桥梁结构受地震荷载作用时的影响,以某连续刚构桥2×50 m+60 m+2×120 m+60 m为背景,采用专业有限元软件Midas Civil进行时程分析计算,采用黏滞阻尼器(方法 A)、弹性约束(一般)方式(方法 B)以及弹性约束(折线型)方式(方法 C)三种简化方式模拟速度锁定器的作用。结果表明:速度锁定器通过将交接墩与刚构墩联动而减小整体位移,有利于改善桥梁结构在地震作用时的纵桥向内力分布;采用的计算方法简洁高效,并确定在使用方法 C时需将刚构墩处的内力结果放大1.06倍。     

深水库区铁路斜拉桥地震反应分析

以某深水库区铁路大跨度斜拉桥为研究对象,建立考虑动水压力效应的全桥空间动力计算模型,分析动水压力对桥梁动力特性及弹性地震反应的影响程度。结果表明:桥塔附加水体质量对斜拉桥的体系纵漂及体系对称竖弯振型影响较明显;考虑塔身的水体附加质量时,塔身控制截面的地震反应增加较大,且顺桥向地震反应增加明显大于横桥向的地震反应。因此对处在深水库区的铁路大跨桥梁,应考虑水体附加质量对桥梁地震响应的增大效应,否则设计将偏于不安全。     

大跨度斜拉桥非线性粘滞阻尼器参数研究

为研究地震作用下非线性粘滞阻尼器参数的不同选取对漂浮式大跨度斜拉桥纵向限位性能的影响。通过非线性动力时程分析法对某大跨度斜拉桥中非线性粘滞阻尼器的阻尼系数C和阻尼指数ξ进行参数敏感性分析,与该桥在未设置粘滞阻尼器状态下的地震响应进行比较分析和安全评价。提出选取阻尼系数C和阻尼指数ξ的控制方法和公式。结果表明:斜拉桥纵桥向设置粘滞阻尼器后,通过调节粘滞阻尼器的参数能有效降低结构在地震作用下关键部位的相对位移;非线性粘滞阻尼器在限制主梁纵向位移时对跨中竖向位移有放大作用;合理的阻尼参数对提高地震作用下斜拉桥安全性有重要影响。