大跨自锚式斜拉-悬索协作体系桥地震响应及减震控制分析研究

基于结构非一致激励地震动方程,建立空间非线性有限元模型,探讨一致输入、行波输入下结构的地震响应.分别以主梁纵向位移、塔底内力为控制目标,研究粘滞阻尼器参数变化对结构减震效果的影响.计算结果表明:地震作用下塔底顺桥向弯矩达365.12MN.m,对自锚式斜拉-悬索协作体系桥的设计起控制作用;行波效应使得主梁跨中横向位移增大42%,横向弯矩减小14%;结构纵向位移及塔底内力在考虑行波效应后减小9%左右,安装参数合理的阻尼器使主梁纵向位移减小44%,主梁跨中弯矩和剪力减小41%,塔底纵向弯矩减小37%,达到减震效果.     

高烈度区大跨连续钢箱梁的减隔震设计研究

本文以某(145+200+122) m大跨度连续钢箱梁桥为研究对象,研究双向摩擦摆、单向摩擦摆及粘滞阻尼器组合的四种方案的减隔震性能。采用Midas Civil有限元软件建立考虑桩土作用的三维有限元模型,对比分析四种方案的自振频率变化;其次通过输入地震安评中的震波,采用双线性模型模拟摩擦摆支座,采用Maxwell模型模拟粘滞阻尼器;然后通过对大跨连续钢箱梁的非线性时程分析,比较四种方案的减震效果及结构响应;最后对推荐方案的阻尼器参数进行敏感性分析。研究表明:(1)单向摩擦摆支座+纵向粘滞阻尼器是一种较为合理的抗震体系组合。(2)摩擦摆支座具有较好的减震性能,但地震位移偏大,可结合粘滞阻尼器控制位移。(3)过渡墩粘滞阻尼器的设置对主墩及过渡墩的内力和位移均有改善。     

阻尼器参数的选取对斜拉桥抗震性能的影响

基于流体粘滞阻尼器自身的力学特性,分析了设置流体粘滞阻尼器对大跨度斜拉桥的减震效果,着重分析了阻尼器参数对减震效果的影响。结果表明,流体粘滞阻尼器能显著地减小梁端纵向位移及主塔塔底弯矩,减震效果取决于阻尼器参数的选取。     

线性粘滞阻尼器布置方案对框架结构地震反应的影响

为研究线性粘滞阻尼耗能框架的地震反应,采用SAP2000分析了一座10层框架结构安装线性粘滞阻尼器之后,在地震作用下的地震反应。考虑了五种不同的阻尼器布置方案,其中三种方案为对称布置,但阻尼器布置位置不同;两种方案为非对称布置,且其中一种方案只在结构一侧布置阻尼器,由此探讨了阻尼器布置方式对框架结构地震响应的影响。可得对称布置方案结构各楼层减震效果良好,并且三种布置方案地震反应和减震效果基本相同;非对称布置方案相对前三种布置方案减震效果较差,这是由于阻尼器布置不对称,使结构产生了扭转,增大结构地震反应。因而阻尼器应在结构中灵活对称布置,不宜采用非对称形式布置。     

大跨超长连续梁桥纵向抗震设计研究

以某大跨超长连续梁桥为工程背景,研究Lock-up装置、粘滞阻尼器对该桥纵向抗震性能的影响。结构地震响应分析全部采用非线性动力时程分析方法。首先改变结构基本周期,分析并比较安装Lock-up装置前后不同基本周期结构的地震响应,结果表明:安装Lock-up装置前后结构基本周期对应的反应谱值差值越小,Lock-up装置对该结构的减震效果就越明显。然后对设置粘滞阻尼器的桥梁体系进行阻尼系数和阻尼指数的参数敏感性分析,分析表明:适当的选择阻尼系数和阻尼指数可以有效的降低结构地震响应。     

徐盐新洋港斜拉桥地震响应及减震分析

通过对不同体系抗震设计经济成本、不同减震措施的减震率、粘滞阻尼器参数等方面进行研究分析,确定徐盐高速铁路新洋港大桥合理、经济的抗震设计方案,为今后类似斜拉桥的抗震设计提供参考。研究结果表明:结合桥址地质条件,支承体系抗震设计相关成本为半漂浮体系的1.3倍左右;粘滞阻尼器对塔底弯矩及梁端位移的减震率均在40%以上,而摩擦摆支座减震率仅在10%左右;对粘滞阻尼器进行了参数分析,塔底弯矩-阻尼系数曲线存在拐点,塔底弯矩先减小后增大;梁端纵向位移与阻尼系数呈负相关关系,与阻尼指数呈正相关关系。综合生产条件及经济成本考虑,建议粘滞阻尼器参数选为C=4 000 kN·(m·s~(-1))~α,阻尼指数α=0.2。     

高烈度区长联大跨连续梁桥减隔震方案研究

基于长联大跨连续梁桥在高烈度区地震响应的特点, 引入摩擦摆支座、 液体粘滞阻尼器 (FVD) 等减隔震装置, 提出了三种减隔震方案。 采用非线性时程分析方法, 深度剖析三种减隔震方案的减震效果。 结果表明： 摩擦摆支座方案会产生较大的墩梁相对位移, 液体粘滞阻尼器方案, 能够较好的限制墩梁相对位移, 但固定墩内力减震效果有限, 液体粘滞阻尼器 (FVD) 配合摩擦摆支座联合减隔震方案在实现限制墩梁位移的同时能够显著降低固定墩内力, 是一种有效解决方案。     

复杂多层隔震结构近场地震动位移响应特征分析

为了研究近场地震动特征参数对超长复杂基础隔震结构地震位移响应的影响特征. 首先，分析了128条近场地震动特征参数之间的相关性；接着，对超长复杂基础隔震结构输入地震动，分析脉冲型地震动和非脉冲型地震动的特征参数与结构位移响应之间的相关程度及变化特征. 结果表明:隔震结构的长周期值因接近速度谱中速度敏感性区域而远离加速度谱中加速度敏感性区域，使得结构位移响应与地面峰值速度（peak ground velocity，PGV）的相关程度大于与地面峰值加速度（peak ground acceleration，PGA）的相关程度；地面峰值位移（peak ground displacement，PGD）、输入能对较低楼层的层间位移影响程度大于较高楼层层间位移的影响程度，而PGV和PGA对较低楼层的层间位移大小影响程度小于较高楼层层间位移的影响程度；其他特征参数（除输入能和PGV之外）与基础隔震结构层间位移响应的相关程度大小，同该特征参数与地震动特征参数输入能（或PGV）的相关水平程度相一致；除此之外，近场地震作用下，结构端部及边角位置支座相对中心位置支座位移明显偏大，脉冲型地震动对结构层间位移和隔震层位移分别放大56.59%、58.33%，且对较低楼层的层间位移放大作用更加明显.      

高烈度区人行桥阻尼器参数分析

采用MIDAS建立一座高烈度区人行桥的有限元计算模型,分析其动力特性,并采用非线性时程分析法对比了不同阻尼器参数下(阻尼系数C和速度指数α)的地震响应。分析结果表明:设置粘滞阻尼器后,可有效降低结构关键部位在地震作用下的相对位移,避免了相邻构件之间可能发生的碰撞。     

三塔混凝土自锚式悬索桥减震装置参数研究

基于Midas-civil软件,以某三塔混凝土自锚式悬索桥为工程背景,采用时程分析方法研究了横向橡胶抗震挡块刚度和纵向粘滞阻尼器参数对三塔混凝土自锚式悬索桥的地震响应的影响,并选出了减震装置的最优参数。结果表明:横向抗震挡块刚度对于三塔混凝土自锚式悬索桥的横桥向振型和地震响应有很大的影响,阻尼系数C和速度指数α对粘滞阻尼器的减震效果也有显著的影响。本例桥横向橡胶挡块的最优刚度范围为600～900 MN/m,最优粘滞阻尼器参数为C=3000～4000 kN/(m/s),α=0.3～0.4。     

大跨度连续梁拱桥多点多维地震响应分析

为研究多点多维地震动作用下大跨度连续梁拱桥的动力响应,以我国南方某主跨为139 m的钢管混凝土连续梁拱桥为研究对象,基于有限元软件OpenSEES建立桥梁的三维有限元分析模型,人工合成空间非一致地震动,探究地震动的失相干程度、场地条件及行波波速对桥梁动力响应的影响. 研究结果表明:地震波的空间变异性效应会对连续梁拱桥的地震响应产生明显影响,仅考虑一致地震动激励会高估桥梁结构的地震响应;场地效应对桥梁地震响应的影响规律最为突出,随着支撑点处的场地越来越松软,桥梁各个部位的内力及位移响应均大幅增加;地震动的失相干效应越明显,桥梁拱肋的内力越大,位移越小;行波效应对桥梁结构的地震反应没有较为明确的影响规律,但不可忽略其作用,仅考虑行波效应会严重低估下部结构的地震响应;在大跨度桥梁结构的地震响应分析中,应着重考虑地震动的空间变异性效应,并且准确衡量各因素的作用.      

自锚式悬索桥纵向地震响应控制分析

以某双塔自锚式悬索桥为例,通过在桥塔与主梁之间设置液体黏滞阻尼器,把地震作用下桥梁纵向的位移和内力控制在一个合理的范围内。通过改变阻尼参数C和α,对此桥纵向的地震位移和内力的变化情况进行了规律总结。比较发现,当阻尼系数C越大或阻尼指数α越小时,此桥纵向的地震位移和内力反应就越小。其中C取3500左右,α取0．3时,塔底地震弯矩降幅达40％左右,主梁地震位移降幅达50％左右。     

桥梁结构非线性地震响应极值分布的估算方法

为了研究近断层脉冲地震作用下桥梁非线性地震响应极值分布，进行小失效概率下的桥梁动力可靠度精确计算，提出了一种有效的近断层脉冲地震作用下桥梁结构非线性地震响应极值分布分析方法. 首先考虑桥梁结构的非线性和地震动的不确定性，采用拉丁超立方抽样对近断层脉冲地震动随机参数和结构随机参数进行随机抽样，通过模拟的高频地震动均方值和与精确值的相对误差确定出所需要的样本数量；其次以合成的近断层脉冲地震动作为地震激励，通过时程分析对结构非线性动力方程进行求解，从而得到结构非线性地震响应极值样本，再采用改进的分数阶矩最大熵原理获得结构非线性地震响应的极值分布；最后通过非线性单自由度系统和三层非线性剪切框架验证了该方法的有效性. 研究结果表明:该方法不仅能够有效的模拟近断层脉冲地震作用时，桥梁结构与地震动双重不确定性影响下的动力响应极值分布，更能在兼顾效率和计算精度时，精确估计桥梁结构非线性地震响应极值的尾部分布，能够为桥梁结构非线性动力可靠度评估提供一种有效的途径.      

随机地震激励下高墩桥梁碰撞可靠度分析

为了研究不同地震动强度作用下高墩桥梁的碰撞可靠度的不同,在频域范围内提出了一种以虚拟激励法为基础的动力可靠度计算方法,依托某高墩大跨度桥梁为工程背景,分析了高墩桥梁在不同地震强度下的碰撞可靠度.选择反应谱的水平加速度作为地震强度衡量指标,且将不同强度指标的反应谱转化为相应的功率谱;利用虚拟激励法求解随机振动方程,得到结构响应的均值与均方差值,再基于Davenport理论获得结构峰值响应的期望和标准差;根据首次超越理论计算梁体碰撞可靠度.研究表明:地震动加速度小于0.22g时,梁体之间不发生碰撞,动力可靠度为1.0;加速度大于0.22g时,梁体碰撞动力可靠度下降明显,即在强震作用下,梁体发生碰撞.      

基于相位差谱的非平稳地震波合成及应用

为了模拟地震动的非平稳性和多维性并克服传统三角级数法在合成地震波中选择包络函数具有任意性和不能表征频率非平稳性的缺点,提出了基于相位差谱法的多维多点非平稳人工地震波合成. 首先,基于随机场理论模拟地震动的行波效应、相干效应、场地效应和多维性;其次,确定能表征地震动的强度非平稳和频率非平稳性的相位差谱;最后,将合成的非平稳地震波和当量反应谱应用到实际桥梁抗震分析中进行分析对比. 研究结果表明:相位差谱法合成多维多点非平稳地震动不需要包络函数控制地震波的波形,排除人工选择强度包络函数的任意性,且考虑了地震动的空间相关性和多维性,优于传统的三角级数法;本文方法与传统反应谱法计算结果基本一致,采用反应谱法计算的两处墩底的剪力值和弯矩值分别相差在10%和17%以内,本文方法分别在9%和12%以内.      

近场地震作用下密肋耗能复合墙结构地震响应分析

通过非弹性动态方法,改变控制参数的结构,输入不同近场地震波,进行地震响应分析．利用非线性有限元程序IDARC,建立密肋耗能复合墙结构简化分析模型,对同等条件下的密肋耗能复合墙结构与框架剪力墙结构,在近场地震作用下的典型层滞回曲线及结构耗能分布系数,进行对比分析．结果表明：在近场地震作用下密肋耗能复合墙结构,表现出良好的耗能减震能力,是一种较理想的新型抗震结构体系．     

粘弹性阻尼器对空间桁架结构减震设计与分析

大跨空间结构的振动控制问题一直是人们关注的焦点,其抗震性能的好坏直接关系到人民生命和国家经济财产安全.采用粘弹性阻尼器对大跨空间桁架结构进行减震控制,计算阻尼器相应的力学参数,并对加与未加粘弹性阻尼器结构的地震响应进行对比.分析计算表明:无论在Taft地震波还是在E1 Centro地震波下,在大跨空间桁架结构中加入粘弹...     

脉冲型地震动对CFST拱桥抗震性能的影响分析

为了研究脉冲型地震作用下钢管混凝土拱桥的抗震性能,以一座钢管混凝土拱桥的实际工程为例,采用时程分析方法系统分析了其在非脉冲和脉冲型地震作用下的抗震性能. 首先,基于PEER地震衰减模型并采用谱兼容的方法选取了符合不同场地条件且具有不同脉冲周期的天然地震记录;其次,在综合考虑有无脉冲、脉冲周期以及地震动多维性的基础上,对钢管混凝土拱桥的抗震性能进行了对比分析. 研究结果表明:脉冲型地震动会对结构响应产生较为明显的影响,脉冲效应对结构响应的放大作用在0.96～19.88倍之间,桥梁修建处的场地条件越好放大作用越明显;脉冲周期的不同也会对结构响应产生不可忽略的影响,结构响应的改变率在10～133%之间,脉冲周期越小脉冲效应对结构响应的放大作用就越明显;与非脉冲型地震动相比,地震动多维性对脉冲型地震作用下的结构响应影响较小,但随着脉冲周期的减小,地震动多维性对结构响应的影响变大. 因此,在对断层附近的钢管混凝土拱桥进行抗震设计时不但要考虑有无脉冲的影响,还需要考虑脉冲周期、地震动多维性以及桥梁修建处场地条件的影响,以免错误地估计结构响应.      

Seismic Responses of Asymmetric Base-Isolated Structures under Near-Fault Ground Motion

An inter-story shear model of asymmetric base-isolated structures incorporating deformation of each isolation bearing was built, and a method to simultaneously simulate bi-directional near-fault and far-field ground motions was proposed. A comparative study on the dynamic responses of asymmetric base-isolated structures under near-fault and far-field ground motions were conducted to investigate the effects of eccentricity in the isolation system and in the superstructures, the ratio of the uncoupled torsional to lateral frequency of the superstructure and the pulse period of near-fault ground motions on the nonlinear seismic response of asymmetric base-isolated structures. Numerical results show that eccentricity in the isolation system makes asymmetric base-isolated structure more sensitive to near-fault ground motions, and the pulse period of near-fault ground motions plays an import role in governing the seismic responses of asymmetric base-isolated structures.