摩擦摆支座结构设计及验证

介绍了摩擦摆支座结构设计的常用材料,给出了转动耐磨板的中心夹角、滑块转动面夹角等核心计算方法和耐磨板极限压力校核方法.对依据所给方法设计的摩擦摆支座进行了有限元仿真分析和试制试验,有限元分析和试验的结果比较吻合.本文方法对摩擦摆支座的设计具有一定的指导作用.     

十字摩擦摆支座设计验证与应用分析

提出了一种新型结构的十字摩擦摆支座结构,其位移由2个十字交叉方向的滑移拟合而成,给出了其水平屈后刚度的计算式并对其等效摩擦系数进行了分析。通过设计建模、有限元分析及实体试验,验证了该结构的可行性,且能达到双球面摩擦摆支座的性能。在不同方向可以十分便捷地设计成不同的位移与水平屈后刚度,尤其适用于连续梁长大桥等纵横向自振周期相差较大的工程结构。     

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。     

基于ABAQUS非线性接触分析的球型支座转动性能及结构分析

采用大位移非线性接触有限元分析方法,对常用规格球型支座的转动性能及结构进行分析,并与常规力学模型分析结果进行比较,验证了球型支座转动力矩与正压力、摩擦系数、球面半径和转角的关系,说明转动力矩与转角大小几乎无关,但不同转角下支座各部件应力相对于无转动时有较大增加,最大可增加30％,设计时必须考虑,以保证球型支座的安全使用.根据实际情况合理地增大球面四氟板厚度和球面曲率半径可以有效改善球型支座的性能.     

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。     

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。     

摩擦摆支座抗拉拔设计及有限元分析

为了使摩擦摆支座应用到地震强震区和飓风较多区域的桥梁结构上,研究了一种新型抗拉拔摩擦摆支座。通过建立抗拉拔摩擦摆支座有限元计算模型,分析了该支座在地震工况下的抗拉拔特性及隔震效果。结果表明:该抗拉拔摩擦摆支座具有抗拉拔功能和阻尼耗能特性,且隔震效果十分显著。这种支座构造简单、易于更换,可提高桥梁上部结构的抗拉拔能力,避免发生倾覆破坏。     

摩擦摆支座隔震连续梁桥抗震分析的简化计算方法

根据摩擦摆系统的简化力学模型,给出了考虑桩土效应、桥墩刚度以及支座非线性的摩擦摆支座减隔震桥梁抗震简化计算方法。对一座预应力混凝土梁拱组合桥的纵桥向减隔震性能开展研究,分析了在不同的支座设计参数下结构的等效刚度、等效阻尼、等效周期等物理参数。建立连续梁桥的等效单自由度振动模型,计算支座设计位移、桥墩剪力、弯矩及轴力。与有限元模型的精细化模拟结果对比可知,本文所提出的简化算法具有较好的计算精度,能够用于研究桥梁纵向的抗震性能。     

摩擦摆隔震支座阻尼特性研究

采用有限元软件ABAQUS建立摩擦摆隔震支座(FPB)的实体模型,研究了在拟静态加载条件下,摩擦摆支座的几何参数对其刚度和耗能情况的影响规律。在使用等效线性化方法时,由于摩擦摆支座的位移情况受输入烈度和自身参数影响较大,故计算等效线性化参数时,选取合适的位移值对得到准确的结果十分重要。通过对比非线性时程分析与等效线性化的计算结果,分析各参数支座在不同激励下的响应,得出等效阻尼比超过30%的支座不宜进行等效线性化。     

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。     

耐磨板对球型支座受力性能的影响

为了研究耐磨板对球型支座受力性能的影响,分别建立了无耐磨板、采用PTFE(聚四氟乙烯)及采用UHMWPE(超高分子量聚乙烯)作为耐磨板的球型支座有限元计算模型,并针对各种使用工况进行分析计算和比较。结果表明:使用UHMWPE耐磨板在改善球型支座的受力方面与使用PTFE耐磨板作用相似,均消除了支座接触部位之间的应力集中,使支座受力更均匀,而且由于UHMWPE耐磨板在密度、耐磨和承载能力等方面的优良特性,特别值得在桥梁支座领域进行大规模的推广和应用。     

弹簧摩擦摆式支座理论分析及地震响应研究

弹簧摩擦摆式支座是在传统摩擦摆式支座的基础上开发的新型减隔震产品,根据力学平衡原理对摩擦摆式支座和弹簧摩擦摆式支座进行了理论分析,利用结构分析软件sap2000对两种支座在桥梁中的动力特性和地震响应进行了对比分析。结果表明,弹簧摩擦摆式支座自回复性能优于摩擦摆式支座,但其减隔震性能弱于摩擦摆式支座。     

双球面减隔震支座等效摩擦系数理论分析与试验研究

对双球面减隔震支座的主要参数等效摩擦系数进行理论分析、数值模拟及试验研究,为桥梁、建筑结构的抗震设计与分析提供参考。试验研究包括在竖向承载力和加载频率不同时等效摩擦系数的对比分析,并分析支座等效刚度、等效黏滞阻尼比及滞回曲线。结果表明:支座滞回曲线的试验值与模拟值、理论分析结果基本接近,验证了支座的等效摩擦系数理论公式的正确性;支座主要设计基本参数及等效摩擦系数的模拟值及试验值与理论值基本相符,进一步验证了支座的等效摩擦系数理论公式的合理性。     

高纬度地区铁路桥梁新型球型钢支座设计与试验研究

高纬度地区铁路桥梁新型球型钢支座是根据高纬度地区铁路桥梁特点改良的耐寒防风沙球型钢支座,在支座滑动面采用高抗冻性硅脂保证了支座在低温条件下的平面滑动和球面转动性能;在支座上板与下板之间设置新型防风沙结构,防止了外部风沙的侵入。结合低温型式试验对新型球型钢支座进行了测试。结果表明,新型球型钢支座在严寒条件下达到了支座设计指标与行业标准,为高纬度地区铁路桥梁的修建提供了技术支撑。     

铁路桥梁球型支座基本力学性能试验结果分析

为了解目前行业内铁路桥梁球型支座的基本力学性能水平,选取2017年—2019年共计150个球型支座样本进行竖向承载力试验、活动支座摩擦因数试验、支座转动力矩试验,分析竖向压缩变形、平面摩擦因数、球面摩擦因数3项技术指标.结果表明:球型支座的竖向压缩变形及平面摩擦因数的质量控制普遍稳定;球面摩擦因数波动较大,有超出设计要...     

铁道车辆承载摩擦副摩擦系数测试方法研究

全旁承支重结构的轨道车辆承载摩擦副的性能直接影响车辆蛇形失稳临界速度及车辆曲线通过性能。对于承载摩擦副的摩擦系数测试方法,TB/T 3270《铁道货车心盘磨耗盘》及TB/T 2841《铁道车辆空气弹簧》规定了不同的测试方法,循环次数、载荷条件、试验振幅及试验速度均布相同。本文通过对试验条件变量的对比,最终确定的承载摩擦副摩擦系数测试方法,有助于掌握最准确的车辆动力学性能。     

桥梁板式橡胶支座剪切破坏及摩擦滑移性能试验研究

为充分探明桥梁板式橡胶支座的极限剪切破坏状态及支座摩擦滑移特性,对板式橡胶支座开展循环往复荷载试验。分析单侧摩擦滑移和两端锚固的板式橡胶支座的抗震性能,并与铅芯橡胶支座进行对比,同时分析竖向荷载对板式橡胶支座摩擦滑移性能的影响。结果表明:(1)两端锚固的板式橡胶支座极限剪切变形可达300%～400%,破坏以橡胶层断裂为主,支座剪切耗能能力较弱,滞回曲线呈狭长带状分布;(2)单侧摩擦滑移的板式橡胶支座单循环最大耗能可以达到铅芯橡胶支座的126%,形成类似铅芯橡胶支座的耗能能力,且随着位移量的增加,不断消耗能量;在达到相同的等效剪切应变时,单侧摩擦滑移的板式橡胶支座的实际剪切变形量小于两端固定的支座,延性性能更为优越;(3)增大竖向压力将导致支座的剪切变形增大,支座滑移距离减小,支座的滑移摩擦系数与竖向压力呈反比例关系,而竖向压力对支座滑移后的等效刚度影响较小;(4)可采用能够考虑竖向压力和滑移摩擦系数的双线性弹塑性分析模型模拟板式橡胶支座在地震过程中的摩擦滑移。     

摩擦单摆支座的设计与减隔震性能分析

研究目的:随着中国高速铁路的蓬勃发展及世界各地强烈地震的频发,桥梁减隔震技术及产品迎来了其推广应用的最佳机遇。本文通过对TJGZ-FPB系列摩擦单摆支座理论、设计及测试的详细叙述,阐明其材料、结构特点及测试注意事项;通过对某铁路客运专线一座预应力混凝土简支梁桥进行非线性时程分析,验证其减震效果。研究结论:通过对摩擦单摆支座的减隔震性能分析研究,得出:(1)摩擦单摆支座建立在摩擦单摆系统(FPS)理论基础上,能够可靠地延长结构自振周期并适当耗散地震能力;(2)作为新型的减隔震产品,摩擦单摆支座无老化、疲劳等弱点,性能稳定,具备结构简单、加工方便、性价比高的特点;(3)结合实桥进行非线性时程分析后得出,合理设计的摩擦单摆支座可以减小桥梁墩底剪力40%以上,减小墩底弯矩60%以上;(4)摩擦单摆支座安全性和性价比高,可广泛推广应用于铁路桥梁的隔震支座。     

斜楔摩擦减振器建模及动力学分析

斜楔摩擦减振器是三大件转向架关键部件之一,对车辆动力学性能具有重要影响。基于传统简化方法只考虑斜楔垂向一维运动及基于相对摩擦系数斜楔减振性能评估的缺陷,构建斜楔空间受力的动力学方程。以此为基础,在SIMPACK软件中建立了能分析斜楔摩擦减振器动态作用的多体动力学计算模型。模型将斜楔作为一个具有6个自由度的刚体;斜楔主、副摩擦面各等分为4个接触区域,每个区域设置1个平面-平面接触对;摇枕弹簧和减振弹簧按实际位置和参数作用于斜楔和摇枕。用典型例题进行分析计算,研究结果表明:多体动力学模型相对摩擦系数的计算结果与传统简化方法的试验结果相吻合;模型能模拟斜楔的真实运动,能反映斜楔垂向、横向减振作用;揭示了斜楔对转向架抗菱刚度具有摩擦滞环特性,以及这些作用内在的力学原理。     

两种减隔震支座性能对比研究

通过对摩擦摆支座及弹塑性钢阻尼支座两种不同类型的减隔震支座的抗震性能进行对比,选择适合项目要求的支座类型。对比结果表明:两种减隔震支座均能够有效延长桥梁结构自振周期,支座横向刚度较小的摩擦摆支座更有利于周期的延长,同时产生的墩顶剪力也较小;对于墩底截面及基顶截面的弯矩和剪力,在墩高较低时横向刚度小的摩擦摆支座减隔震性能较好,而墩高大于20 m时,横向刚度大的弹塑性钢阻尼支座更有优势。