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。     

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.     

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。     

高墩刚构桥地震响应及减震控制研究

近些年,高墩甚至是超高墩刚构桥大量建设,由于其属于非规则桥梁,使得在抗震设计时需要做专项研究,加之桥墩和主梁采用现浇整体刚结的结构形式,使得隔震支座在高墩刚构桥上无法使用。选取一座典型高墩刚构桥,建立其弹塑性动力分析模型,分析了在设计地震动输入下的结构抗震性能规律,进而选取被动控制阻尼器分析了减震控制效果。分析表明:高墩刚构桥在设计地震作用下,桥墩塑性铰发展程度较低,能够满足设计抗震要求,但采用阻尼器进行减震控制后,桥墩能够在设计地震作用下保证为弹性受力状态,减震控制效果优于防落梁拉杆。     

减震榫-活动支座减震机理及影响参数研究

阐述减震榫-活动支座的工作原理及构造形式,以某5跨高速铁路简支梁桥为例,研究减震榫-活动支座的减震性能,并系统分析支座动力参数及桥梁结构自振周期对减震榫-活动支座简支梁桥地震响应的影响。结果表明:减震榫-活动支座能有效降低桥墩的地震需求,但会在一定程度上增加梁体位移;支座屈服强度对桥梁地震响应影响较大,应综合考虑其对桥墩内力和梁体位移的影响规律进行优化选择;支座初始刚度主要影响上部结构位移而屈服后刚度主要影响桥墩内力,为保证减震榫耗能能力发挥,建议硬化比控制在0.15以下;减震榫-活动支座减震效果随桥墩刚度减小呈先上升再降低的变化规律,更适用于高度小于16 m的桥墩。     

铁路简支梁桥三维地震易损性分析

为了评估铁路简支梁桥在近场地震作用下的抗震性能,基于OpenSEES平台建立铁路典型5跨简支梁桥的易损性分析模型。从PEER数据库选取100条地震波作为三维地震动输入样本进行非线性动力时程分析,获得不同地震输入角度对应的桥梁地震响应数据。根据桥墩弯曲破坏和支座变形破坏的损伤状态方程确定相应的损伤指标。基于结构可靠度理论,建立桥梁三维易损性分析方法,从而获得了桥墩和支座构件的三维易损性云图。由云图可以得到:桥墩和支座均在顺桥向和横桥向输入方向上最容易发生损伤。研究结果表明:在近场地震作用下,铁路简支梁桥的易损性与地震动的输入角度密切相关;桥墩和支座的易损性随地震动输入角度的变化规律具有明显的区别。基于三维易损性云图,可以给铁路简支梁桥的抗震设计和震后损伤识别提供理论依据。     

IFA装置连续梁桥减震性能研究

为满足温度荷载引起的变形需求,连续梁桥一般一联只设置一个固定墩,地震作用下,固定墩承担几乎全部上部结构的纵向水平地震荷载,固定墩处于十分不利的受力状态。为了充分利用滑动墩的抗震潜力,协同固定墩抵抗地震作用,解决固定墩单独承受水平地震荷载的问题,提出一种构造简单、维护方便,以惯性力激活的减震装置(IFA装置)。基于某7跨连续梁桥,利用ANSYS软件建立有限元模型,阐述装置的工作原理,研究装置对等高与非等高连续梁桥减震性能的影响。研究结果表明,IFA装置发挥作用后,上部地震荷载将按刚度分配的原则传递至各滑动墩,实现滑动墩和固定墩的协同受载,可有效提高连续梁桥的整体抗震性能,但应用于非等高连续梁桥时需注意对矮墩的能力保护。     

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。     

渝昆高铁典型连续梁桥地震易损性分析

为评估渝昆高铁典型三跨连续梁桥的抗震性能,基于概率地震需求分析方法对该桥进行理论地震易损性分析。选取渝昆高铁沿线实测地震动记录作为地震输入,考虑桥梁参数的不确定性,采用拉丁超立方抽样方法生成桥梁有限元模型样本库。基于增量动力时程分析方法,通过对桥梁样本库进行非线性时程分析,获得了各构件地震响应峰值,通过峰值响应与地震动峰值加速度的线性回归分析建立构件地震需求模型。进一步对比研究安装普通球型钢支座与双曲面球型减隔震支座桥梁的地震易损性曲线。研究结果表明:减隔震支座可有效降低制动墩易损概率,优化墩高不等的非规则桥梁结构的抗震性能。其研究方法与结论可为非规则连续梁桥抗震设计提供参考。     

连续梁桥锁定装置的减震效果对比研究

为充分利用活动墩抗震潜能,减小固定墩墩底内力响应,提高连续梁桥整体抗震性能,提出了一种以惯性力激活(Inertial Force Activation,IFA)的减震装置。该装置构造简单,维护方便。以某7跨连续梁桥为例,进行IFA装置工作原理及减震效果的研究,并与速度锁定(Lock-up)装置进行对比。研究结果表明,2种锁定装置均可起到有效利用连续梁桥整体抗震潜能的作用,IFA装置的工程环境适用性更强。两者发挥作用引起的整桥地震响应变化不仅受装置连接刚度的影响,还与地震波频谱特性有关。     

系梁对双肢薄壁高墩抗震性能影响分析

双肢薄壁桥墩是连续刚构桥采用较多的桥墩形式,超过40 m的高墩纵桥向抗弯刚度一般较小,故工程设计中一般采用设置系梁的形式来降低桥墩计算高度,改善高墩的受力特性。本文以一座典型的高墩大跨连续刚构桥双肢薄壁高墩为工程背景,利用ABAQUS建立精细化有限元模型,分析系梁纵筋配筋率、配箍率、系梁-桥墩的刚度比及系梁设置数量对高墩抗震性能的影响。研究结果表明:系梁设置数量和系梁-桥墩刚度比对高墩滞回性能影响较大,系梁配筋率、配箍率影响较小。     

大跨度小半径曲线连续梁桥地震响应分析

为研究大跨度小半径曲线连续梁桥的地震响应,以现代有轨电车线路上一座(33.5+60.0+36.5)m三跨预应力混凝土曲线连续梁桥为例进行分析。采用MIDAS/Civil建立全桥有限元模型,计算不同约束条件下桥梁动力特性,并采用反应谱法对桥梁在地震作用下的位移和内力进行分析。分析结果表明:采用刚构-连续组合的曲线梁桥可以获得较好的内力响应及位移响应,有利于桥梁的抗震;对于大跨度、小曲线梁桥,位移响应最大时和内力响应最大时分别对应不同的激励角度,在考虑水平地震作用时应按不同的激励角度进行分析。对刚构-连续组合曲线梁桥采用固结刚度较大的桥墩,可以提高整个桥梁的刚度,减少整体的位移,有利于桥梁抗震。     

弹性支承块式轨道桥梁结构地震响应分析

为研究弹性支承块式轨道结构对地震作用下桥梁结构位移、内力的影响,以某3跨预应力混凝土连续箱形高架轨道桥为例,利用Midas Civil软件建立考虑和不考虑具体轨道结构形式的高架轨道桥梁有限元模型,分析典型地震波作用下该高架桥梁的地震响应。结果表明:考虑具体轨道结构形式模型的连续梁桥主梁的位移、跨中正弯矩、支点负弯矩及支座处剪力均明显小于不考虑轨道结构形式模型的相应值,对主梁结构来说,设计中不考虑轨道结构形式是一种偏安全的设计方法,而考虑轨道结构模型的桥墩墩顶位移可能大于不考虑轨道结构形式模型的相应值,为安全起见,在进行轨道桥梁桥墩的抗震设计时应当考虑具体轨道结构形式的影响。     

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。     

材料参数对高速铁路连续梁桥地震易损性分析的影响研究

中等跨径的预应力混凝土连续梁广泛应用于高速铁路,以往震害及实验都表明该类桥型在地震下的破坏集中在桥墩和支座位置。为了研究材料参数对高速铁路连续梁桥地震易损性的影响,采用IDA方法,利用有限元软件Open Sees建立地震易损性分析模型。定义4种破坏极限状态,基于对数正太分布假设绘制各个破坏状态对应的易损性曲线。通过更改材料参数得到新的计算模型,并通过对比易损性计算结果来评价材料参数对桥梁抗震性能的影响。结果表明,高速铁路连续梁桥桥墩配箍率较低,提高桥墩混凝土强度等级对桥梁抗震性能改善较大。     

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。     

行波效应下墩高对连续梁桥IFA装置减震效果的影响

根据惯性力激活减震装置(IFA)的工作原理,建立了不同墩高连续梁桥减震有限元模型,分析续梁桥与非等高连续梁桥利用IFA装置减震均可取得理想效果,且墩高变化对等高连续梁桥中IFA装置减震效果的影响程度大于非等高连续梁桥;行波效应下2类连续梁桥各桥墩地震响应分配的不均匀程度均随墩高的增大逐渐降低;墩高为19～24 m时等高连续梁桥利用IFA装置减震效果较差,须结合地震动频谱特性及连续梁桥振动周期进行分析,调整IFA装置布设方案。     

考虑连续梁桥布置方案的横向地震反应规律研究

考虑桥跨布置方案、梁墩线刚度比等因素,进行连续梁桥横向地震反应规律研究.以3跨连续梁桥为例,将其简化为弹性支承的连续梁模型,推导其横向地震反应规律的简化理论计算方法,并结合有限元通用程序分析等墩高条件下梁墩线刚度比变化、边跨对称和非对称条件下墩高比变化对桥梁横向地震反应规律的影响.理论计算分析和数值模拟的结果表明:给出的理论计算方法有效;桥墩横向地震剪力和弯矩分配系数不仅与桥墩的抗推刚度有关,还与桥跨布置方案、梁墩线刚度比有关;桥墩的抗推刚度越大、梁墩线刚度比越小,桥墩横向地震内力的分配系数越大.根据分析结果,提出了连续梁横向抗震优化设计的一般步骤.     

连续梁桥抗震性能分析与评价

研究目的:为满足<铁路工程抗震设计规范>中对连续梁桥进行三水准抗震设计的要求,本文通过具体算例对连续梁桥进行多遇地震弹性、罕遇地震弹塑性地震反应分析,分别从强度、延性和抗剪等方面实现对连续梁桥抗震性能的总体评价.研究结论:提出了连续梁桥在多遇地震作用下强度及稳定性验算方法、罕遇地震作用下延性验算方法,弥补了<铁路工程抗震设计规范>计算方法不能详细反映此类桥梁抗震性能的不足,为铁路连续梁桥抗震性能评价和抗震设计提供了理论基础.     

非对称矮塔斜拉桥桥塔抗震性能分析

为研究高桥墩非对称矮塔斜拉桥桥塔和桥墩的抗震性能,基于桥梁抗震中反应谱分析理论,以一座高桥墩铁路矮塔斜拉桥为工程背景,建立其整桥模型和裸塔模型,进行模态分析和内力位移分析,并对桥塔在整桥状态下和裸塔状态下进行对比研究。研究表明,在相同地震力作用下,整桥振型周期较大,顺桥向裸塔与整桥的桥塔有明显的差别。