山区高墩大跨径连续刚构桥减震技术研究

高烈度地震山区高墩大跨径连续刚构桥具有桥墩高度差异大、上部结构质量重、地震力大等特点,桥梁减震是设计重点。为了提高大跨径连续刚构桥的抗震性能,从上部结构轻型化、墩型优化、桥墩刚度匹配、阻尼器耗能等方面进行了减震技术研究。结果表明:1)主桥箱梁采用陶粒轻质混凝土或部分节段采用高强度活性粉末混凝土,可减轻上部结构重量,减小地震力; 2)主墩采用钢管混凝土格构式空心薄壁墩,可减轻下部结构重量,降低桥墩刚度,减小桥墩地震力; 3)优化高、低墩截面尺寸,调整桥墩刚度,可使各桥墩的承载力与所受地震力相匹配; 4)在梁端设置非线性粘滞阻尼器,可减小顺桥向地震力和位移。     

桥梁板式橡胶支座与粘滞阻尼器组合使用的减震性能研究

在分析几种减隔震装置的减震耗能机理的基础上,提出了板式橡胶支座与粘滞阻尼器组合使用的减震措施,并利用非线性时程地震反应分析方法,对这种组合装置的减震性能进行了研究。为了研究阻尼系数、阻尼指数和周期对减隔震桥梁地震反应的影响,作了大量的参数分析,给出了参数的合理取值范围。研究结果表明,组合使用板式橡胶支座和粘滞阻尼器,既能减小结构地震力,又能有效地控制梁体位移及墩、梁相对位移。     

桥梁板式橡胶支座与粘滞阻尼器组合使用的减震性能研究

在分析几种减隔震装置的减震耗能机理的基础上．提出了粘滞阻尼器与板式橡胶支座组合使用的减震措施,并利用非线性时程地震反应分析方法。对这种组合装置的减震性能进行了研究。为了研究阻尼系数、阻尼指数和周期对减隔震桥梁地震反应的影响。本文做了大量的参数分析。研究结果表明．组合使用板式橡胶支座和粘滞阻尼器,既能显著地减小结构地震力。又能有效地控制梁体位移及墩、梁相对位移。     

长联大跨连续梁桥隔震技术应用研究

为从有利于各墩协同抗震的角度探讨适用于长联大跨连续梁桥的减、隔震技术,以内蒙刘召黄河大桥主桥其中一联(55+10×100+55)m的预应力混凝土连续梁桥为背景,开展摩擦摆支座隔震、粘滞阻尼器减震及盆式橡胶支座抗震研究。建立全桥有限元计算模型,采用双线性滞回模型模拟摩擦摆支座、Maxwell模型模拟粘滞阻尼器,输入50年超越概率2%的3条地震波进行非线性时程反应分析。结果表明,长周期长联大跨连续梁桥的隔震机理为通过减弱制动墩对主梁的约束来减小作用于制动墩顶的有效主梁质量、改制动墩单独抗震为各墩协同抗震;摩擦摆支座隔震可有效地提高其抗震性能。     

大跨连续刚构桥桥墩抗震性能分析研究

以陕西省五里坡特大桥为例,探讨了大跨连续刚构桥中设置阻尼器和隔震铅芯橡胶支座的减震方案.分别计算了是否设置阻尼器和隔震铅芯橡胶支座的两个桥式,比较了在大震作用下墩柱的弯矩、剪力、位移变化的情况.结果显示若设置了阻尼器和隔震铅芯橡胶支座,墩柱弯矩幅值在强震中下降幅度较大,剪力和位移的幅值也得到了下降.     

抗震支座在高烈度区域曲线连续梁桥减震设计中的应用

为研究高烈度区域内,抗震支座对曲线连续梁桥的减震性能,采用有限元软件Midas Civil 2015分别建立设置普通橡胶支座与高阻尼橡胶支座的全桥三维模型,采用加速度峰值修正的EI Centro波作为地震动输入,对同样地震力作用下,桥梁结构的位移和内力响应进行对比分析,并采用弯矩-曲率曲线对其减震效果进行研究。分析结果表明,设置高阻尼橡胶支座能够有效地改善桥梁墩顶位移与墩身、桩身内力,抗震支座对横向位移减小效果明显,且由于改变了全桥的刚度分布,使得普通支座模型中承受较大弯矩的矩形墩内力大幅度减小,全桥内力趋于合理化。     

高性能板式减震橡胶支座性能研究

采用理论分析和试验验证相结合的方法,针对一座3联(12跨)不等墩高连续梁桥,对比了高性能板式减震橡胶支座隔震体系和传统板式橡胶支座隔震体系下桥梁结构的动力特性、墩底弯矩、支座位移、支座竖向承载性能和支座复位能力。相较于传统的板式橡胶支座,高性能板式减震橡胶支座隔震结构的自振周期稍有延长、墩底弯矩能需比更大、支座位移响应相差不大,高性能板式减震橡胶支座更能满足抗震需求。     

高烈度地区不对称刚构-连续梁桥减隔震设计研究

为研究不对称刚构-连续梁桥的减隔震技术,以高烈度地区某(53+130+85) m预应力混凝土不对称刚构-连续梁桥为背景,拟定2种减隔震方案(方案一为非固结墩、台采用单向活动球型钢支座;方案二在方案一基础上,在连续梁侧墩、台处增设液体粘滞阻尼器),优化粘滞阻尼器参数,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,输入3条50年超越概率2.5%的地震波,对比分析2种方案下结构的减隔震效果。结果表明:液体粘滞阻尼器的速度指数α取0.2,阻尼系数C取1 800 kN·(m/s)~(-0.2),减隔震效果最佳;与方案一相比,在连续梁侧增设优化参数后的液体粘滞阻尼器(方案二)后,墩底纵向弯矩、墩梁相对位移和梁端位移等得到控制,2号固结墩墩底弯矩降低约50%,1号墩墩梁相对位移减小约54%;方案二可有效地提高桥梁结构抗震性能,减隔震效果明显,作为该桥减隔震方案。     

桥梁分级减震支座抗震性能分析

基于小震"硬抗",大震"减震耗能+协同抗震"为核心提出分级减震理念,并开发了分级减震支座,对其力学参数与性能进行理论分析与试验研究。以某大跨连续梁桥为例,采用抗震支座、分级减震支座、摩擦摆减隔震支座3种方案对减震性能进行对比分析,结果表明,在E2地震作用下,采用分级减震支座方案墩底轴力响应最小,且相比于抗震支座方案可大幅降低固定墩墩底剪力及弯矩,相比于摩擦摆减隔震支座方案墩底剪力及弯矩均有一定的减小,表现出了较好的减震效果。     

基于不同墩高下高阻尼减隔震支座合理适用范围研究

以一座连续梁桥为例,采用CSIBridge有限元软件建立动力分析模型,分别对高阻尼减隔震橡胶支座和普通板式橡胶支座两种体系桥梁结构进行动力时程分析,对比两种支座体系桥梁结构在不同墩高工况下的地震响应。通过对结构自振周期、地震位移响应、桥墩内力等方面对比分析,研究高阻尼减隔震支座在地震荷载中对桥梁结构的减震效果。结果表明,在墩高较低时,减隔震支座能够通过水平方向大位移剪切变形及滞回耗能实现减震功能,而在高墩情况下,其减隔震效果不明显。综合考虑,高阻尼减隔震橡胶支座适用于墩高不超过40m的连续梁桥,在此墩高范围内具有较好的减隔震效果。     

简支箱梁桥地震反应半主动控制分析

为提高某简支梁桥的抗震能力,采取适当的减震控制措施能够有效地减小桥梁的地震反应。建立了某简支箱梁桥的有限元模型,将板式橡胶支座与磁流变阻尼器组合使用,在桥梁的支座和伸缩缝处共设置8组磁流变阻尼器,分析了不同地震动输入下的简支箱梁桥主动控制、半主动控制和被动控制的减震效果。结果表明,半主动控制对简支梁桥的减震效果非常显著,并且能够很好地接近主动控制的减震效果。半主动控制对于桥梁整体地震反应的减震效果优于始终提供最大阻尼力的被动控制。这为半主动控制阻尼器在简支梁桥抗震中的实际应用提供了理论上的指导。     

宝鸡清溪渭河大桥主桥设计

宝鸡清溪渭河大桥主桥为(115+258+115)m的双塔斜拉桥,采用半飘浮的约束体系,桥面全宽29m,设有双向4车道及两侧人行道。桥塔采用钻石形钢筋混凝土结构,主梁采用双边"工"形钢-混组合梁,混凝土桥面板采用预制构件,在纵梁、横梁及人行道托架顶部均设有混凝土后浇带,通过剪力钉与钢主梁连接。斜拉索采用扇形布置的空间双索面平行钢丝拉索体系,通过钢锚箱和锚拉板分别与桥塔和主梁相连。桥塔和边墩基础采用钻孔灌注桩基础。桥址位于高烈度地震区,采取了在桥塔处设置纵向活动抗震球型支座、边墩设置纵向活动横向摩擦摆减隔震支座,在桥塔下横梁与主梁间设置纵向粘滞阻尼器的减隔震措施。根据结构特点以及建设条件,主梁施工方案采用大节段支架法。     

大跨度铁路悬索桥钢桁加劲梁设计

某大跨度铁路桥位于强震山区,采用主跨1060 m的上承式钢桁梁悬索桥,主桁采用华伦式桁架,桁宽30 m、桁高12 m,节间长10 m。结合强震山区铁路悬索桥的受力特点,加劲梁约束体系采用塔梁分离、塔墩固结的半飘浮体系,桥塔处纵向阻尼器与下平联设置在同一平面,桥塔和桥台处均设置相互协调工作的横向支座与横向阻尼器,并设置地震反压结构,在桥台端横梁中央设置局部受压支座,解决了大跨度铁路悬索桥抗强震、大风作用及轨道局部平顺性问题。钢桁梁主要构件采用Q370qD钢,局部构件采用Q500qD钢,主桁杆件和联结系杆件分别采用M30和M24高强度螺栓连接。加劲梁主桁上弦杆采用箱形截面杆件、焊接整体节点,下弦杆主要采用H形截面杆件、拆装式节点;上层通过交叉平联使箱形弦杆与钢桥面组成整体断面共同受力,下层采用H形弦杆与交叉平联组成镂空层,采用斜杆受拉为主的横联,解决了铁路悬索桥钢梁的疲劳问题,同时具有较好的经济性。结合场地及运输条件,加劲梁分区段采用顶推、原位拼装、缆索吊结合的方案施工,解决了山区大跨度悬索桥的施工难题。     

填充式钢管阻尼器性能及在桥梁横向减震中的应用

中小跨径桥梁采用板式橡胶支座时，在横桥向地震作用下起到一定的隔震作用，但是墩梁相对位移偏大，主梁容易与挡块发生碰撞，甚至发生横桥向落梁等严重震害。为提高桥梁横向耗能能力，减小地震作用下主梁的侧向位移，研发了一种填充式钢管阻尼器，阻尼器与板式橡胶支座共同组成了桥梁横向减震系统。地震作用下，板式橡胶支座传递竖向荷载并提供一定的横向位移能力，填充式钢管阻尼器通过塑性变形耗散部分输入的地震能量，可以有效减小墩梁相对位移。首先阐明填充式钢管阻尼器的工作机理，试验研究其滞回性能和失效模式，并提出实用简化分析模型。在此基础上，以一座简支小箱梁桥为例，给出填充式钢管阻尼器主要参数的选取过程，分析了主梁和墩顶位移、桥墩与土-结构相互作用力以及填充式钢管阻尼器和桥梁挡块的滞回性能。结果表明：在地震作用下，填充式钢管阻尼器耗能和变形能力远大于钢筋混凝土挡块，附加填充式钢管阻尼器后，墩梁相对位移明显减小，而墩顶位移和墩底内力等变化不大，附加填充式钢管阻尼器后不会对桥墩、桩基等构件产生不利影响。     

黏滞性阻尼器对千米级斜拉桥纵向减震效果的振动台试验研究

为了研究千米级斜拉桥纵向采用黏滞性阻尼器的减震效果，以一座主跨1 088 m的斜拉桥为工程背景，按相似理论设计制作了一座几何缩尺比为1：35的全桥振动台试验模型，通过改变塔梁间的连接方式，建立了塔梁间纵向无约束的非减震体系和塔梁间纵向采用黏滞性阻尼器的减震体系，选用4条具有代表性的地震动进行了4个振动台纵向一致激励的全桥振动台试验，然后将不同地震动输入下2种体系的试验结果进行对比分析。试验结果表明：千米级斜拉桥纵向无约束体系的地震响应受输入地震动的特性影响较大，对于长周期成分丰富，特别是对应于结构一阶周期的加速度谱和位移谱谱值较大的地震动，结构的地震响应较大；千米级斜拉桥非减震体系的地震响应同样也受输入地震动特性的影响较大；纵向采用黏滞性阻尼器的减震体系可以减小结构的梁端位移、塔顶位移以及塔底钢筋应变，但输入地震动的特性会影响黏滞性阻尼器的减震效果，对于特征周期较长、长周期成分丰富的地震动，黏滞性阻尼器的减震效果较好，而对于有明显速度脉冲的地震动，黏滞性阻尼器的减震效果相对较差，当地震动峰值加速度PGA为0.4g时，在场地人工地震动、Loma Prieta地震动作用下，梁端最大位移分别减小了62.41%、37.75%；对于有明显速度脉冲的地震动，需要选择阻尼系数更大的黏滞性阻尼器。     

珠海机场高速公路鸡啼门大桥抗震性能研究

根据《公路桥梁抗震设计细则》分级设防两次设计的抗震设计理念,对珠海机场高速公路上的鸡啼门大桥进行了减隔震性能研究。对采用板式橡胶支座和高阻尼橡胶支座的结构抗震性能进行了对比研究,结果表明在E2地震作用下板式橡胶支座的变位、桥墩的墩底弯矩都接近甚至超过了极限要求,而高阻尼橡胶支座处于正常的工作范围,桥墩基本保持弹性。因此推荐采用高阻尼橡胶支座方案,使该桥满足桥梁抗震设计细则规定的两阶段抗震设防标准。     

高速铁路无支座整体式刚构设计

为与相邻公路桥对孔布置并具有较优的结构性能,新建福州至厦门铁路泉州湾跨海大桥引桥采用多联(3×70)m无支座整体式刚构,该桥型全桥不设支座,边墩与中墩均与主梁固结形成整体刚构。该桥主梁采用预应力混凝土箱梁;墩高20~50 m,中墩采用实体墩或空心墩,边墩采用薄壁墩,相邻联边墩共用基础。通过在相邻梁端加装横向限位器、应用无砟轨道小阻尼扣件、边墩顶梁段采用两交界边墩临时固结后悬臂浇筑施工等措施较好地解决了梁端相对横向位移、轨道适应性及海上施工等问题。对该无支座整体式刚构桥结构性能进行分析,结果表明:其各项指标均满足规范要求,具有较好的经济性、抗震性能和景观效果。     

宁海新桥主桥抗震分析

以宁海新桥特大桥主桥为例,采用MidasCivil有限元软件,对其进行了反应谱分析和非线性时程分析。针对其下部结构刚度较大的特点,提出了纵横向限位装置联合抗震支座的抗震设计方案。计算结果表明,E1地震作用下,桥梁基本处于弹性工作状态,E2地震作用下抗震支座非滑动方向发生屈服,通过侧向滑移摩擦消能后,桥墩水平地震力大大减小,而限位装置承担余下的水平地震力,同时防止落梁。纵横向限位装置联合抗震支座的抗震设计,适合本桥,也适合下部结构刚度较大的混凝土梁桥。     

中小跨度斜交连续梁桥的抗震体系研究

中小跨度斜交连续梁桥普遍采用板式橡胶支座,在地震作用下,主梁与支座间容易发生滑动,同时主梁会发生平面内转动,落梁风险较大。本文以中等烈度区一座3跨斜交连续矮T梁桥为工程背景,建立板式橡胶支座支承的斜交桥有限元模型,采用非线性时程分析方法,进行地震反应特性分析,针对性地提出了板式橡胶支座(允许滑动)+钢阻尼器的组合减震体系,并对提出的减震体系做了位移控制效果分析。结果表明：在地震作用下,斜交桥中板式橡胶支座极易发生滑动,从而增大主梁地震位移并丧失自复位能力,但只要不发生主梁与桥台(挡块)的碰撞,主梁平面内转动的影响可以忽略不计;而板式橡胶支座+钢阻尼器的组合减震体系可以有效控制主梁纵横向位移、并限制主梁平面内转动。     

大跨度斜拉桥摩擦摆式支座减震性能分析

为选用合适的摩擦摆支座设置方案,以改善地震作用下大跨度斜拉桥下部结构的受力性能,以安庆-九江高铁鳊鱼洲长江大桥主航道桥为背景,利用有限元软件建立全桥模型,比较不同摩擦摆支座设置方案下桥梁下部结构的地震反应。结果表明:在地震作用下,不设置摩擦摆支座时,承台底轴力及墩梁之间相对横向位移不满足减震要求;仅边墩设置摩擦摆支座墩梁之间相对横向位移不满足设计要求;边墩及辅助墩均设置摩擦摆支座后,下部结构最不利轴力显著提高,墩梁之间相对横向位移响应明显下降,安全系数大幅提高,均能满足结构减震要求。鳊鱼洲长江大桥主航道桥最终采用边墩及辅助墩均设置摩擦摆支座方案。