千米级斜拉桥的减震控制

结合工程结构被动控制领域的研究成果及进展(以大行程板式铅剪切阻尼器为例),对罕遇地震作用下千米级斜拉桥的减震控制进行了分析研究.通过对比分析大行程板式铅剪切阻尼器、粘滞阻尼器和弹性连接三者的数值计算结果发现,只要设计时阻尼器的相关参数选择恰当,大行程板式铅剪切阻尼器的减震效果要优于弹性连接,且与粘滞阻尼器相当.同时,分...     

铅挤压阻尼器在高架桥减震控制中的应用研究

为了研究铅挤压阻尼器的滞回性能及其在高架桥减震控制中的应用,对不同轴凸高度和长度的铅挤压阻尼器进行了试验,并对其应用于高架桥减震控制的可行性及设置方式进行了详细的数值模拟分析.结果表明,挤压轴轴凸的长度和高度对于铅挤压阻尼器的出力有一定影响,随着轴凸的长度和高度增大阻尼器出力也相应地增加;铅挤压阻尼器应用于高架桥减震控...     

大跨度斜拉桥减震耗能非线性纵向地震反应分析

提出在斜拉桥主梁与桥塔连接处采用铅芯橡胶支座与粘滞阻尼器作为其减震、耗能措施，并利用双线性模型与Maxwell阻尼模型分别模拟铅芯支座与粘滞阻尼器的滞回耗能特性，通过结构非线性地震分析的方法，分析了铅芯橡胶支座与粘滞阻尼器的减震、耗能效果。     

部分预应力混凝土框架抗震性能分析

利用有限元软件OPENSEES中的二维梁柱节点模型,建立了考虑节点剪切变形和非预应力筋粘结滑移特征的预应力框架有限元模型,对国内研究者已完成的两榀低周反复荷载作用下预应力混凝土框架试验进行了模拟分析,模拟计算的滞回曲线和骨架曲线与试验结果得到的曲线吻合较好,验证了模型的适用性和可靠性。在此基础上,利用建立的预应力框架计算模型研究了影响结构延性和耗能能力的主要参数,获得了目标延性指标下参数的合理取值范围,可供工程设计参考。     

旋转式摩擦阻尼器滞回性能及其在多阶段抗震中的应用

为了满足多水准设防的需求，提出一种具有变滞回特性功能的新型旋转式摩擦阻尼器(VH-RF),将其应用于桥墩结构中并验证其分阶段抗震性能。首先阐述了新型阻尼器的基本构造，揭示了工作机理与变滞回原理，建立了新型阻尼器的简化分析模型。然后基于ABAQUS有限元软件建立了新型阻尼器的实体有限元模型，并根据新型阻尼器的有限元模型分析以及简化分析模型，系统地研究了新型阻尼器的滞回性能及影响规律。最后在OpenSees软件中二次开发了新型阻尼器的恢复力模型，基于新型阻尼器优良的滞回性能，将其应用于双柱式桥墩中实现结构的分阶段抗震。结果表明：(1)VH-RF能够在不同变形时呈现出不同的滞回特性，小变形时具有稳定的耗能能力，大变形时不仅具有耗能能力还具有优良的自复位功能，VH-RF的简化分析模型和数值模拟结果吻合良好；(2)通过调整VH-RF设计参数，可有效实现调节VH-RF滞回性能的目的，具有良好的性能可调节性；(3)在双柱式桥墩中附加VH-RF可有效实现分阶段抗震的目的，进而提升桥梁结构抗震韧性。     

大跨度斜拉桥施工期斜拉索减振技术研究及应用

针对大跨度斜拉桥施工期间斜拉索减振的特定要求,研发一种由钢丝绳与剪切型高阻尼橡胶阻尼装置串联组成的斜拉索临时阻尼器。首先基于Kelvin模型理论推导了斜拉索-临时阻尼器的振动方程,利用复模态分解得到斜拉索的对数衰减率;然后通过高阻尼橡胶阻尼装置的性能试验、斜拉索-临时阻尼器振动系统的数值模拟以及实桥测试,开展临时阻尼器减振性能研究。结果表明:橡胶阻尼装置的储能刚度和附加阻尼系数随减振橡胶剪切面积的增加而增大;实桥试验索减振效果较好,设计的临时阻尼器可以有效抑制施工期间斜拉索的振动,且安装拆卸方便;在平潭海峡公铁大桥的应用过程中,斜拉索-临时阻尼器系统的对数衰减率达到3%以上,减振效果良好;该阻尼器作为大跨度斜拉桥施工期斜拉索临时减振装置,具有良好的推广和使用价值。     

设置耗能减震装置的独塔斜拉桥地震反应分析

提出在独塔斜拉桥主梁与桥塔连接处采用铅芯橡胶支座与粘滞阻尼器作为其减震、耗能措施,并利用非线性弹簧单元与Maxwell阻尼模型来模拟铅芯支座与粘滞阻尼器的滞回耗能特性,通过结构非线性地震反应的分析方法,探讨了铅芯支座与粘滞阻尼器对独塔斜拉桥的减震、耗能效果。结果表明:在独塔斜拉桥主梁与连接处采用铅芯支座与粘滞阻尼器是一种非常有效的减震措施。     

基于减隔震设计的大跨度连续梁桥抗震性能评价

基于高烈度区的某大跨度连续梁桥(89m+170m+89m),采用非线性时程分析法进行结构动力特性及抗震性能分析。全桥均采用三维梁单元建立空间模型,对于双曲面球形减隔震支座的滞回耗能特性和自恢复功能,活动支座的摩擦耗能以及固定销剪断后的效应进行了模拟,同时模拟了阻尼器的阻尼耗能作用。研究结果表明:采用双曲面球形减隔震支座及桥台处纵向阻尼器后,结构的反应得到了很好的控制,确保了高烈度区结构的抗震安全性。     

节段接缝剪切变形对PC箱梁变形影响试验

为了分析节段接缝的剪切变形对预应力混凝土(PC)箱梁变形的影响,以虎门大桥辅航道桥箱梁为原型,设计制作了1片整体浇筑、3片分段浇筑的PC简支工字梁,并进行了室内荷载试验。运用光纤光栅位移传感器测试节段接缝的剪切变形,据此研究了该变形对试验梁跨中变形的影响。通过对4根试验梁试验结果的对比分析,研究了结合面凿毛、抗剪钢筋配筋率以及疲劳荷载对节段接缝剪切变形的影响规律。研究结果表明:试验梁节段接缝的剪切变形与跨中位移的比值不足1%,可以忽略不计;结合面凿毛可以减小节段接缝的剪切变形;疲劳荷载会在一定程度上增加节段接缝的剪切变形;按常规的方法进行腹板抗剪配筋设计即可满足节段接缝抗剪要求,无需特意增加配筋率。     

基于最小耗能原理的海棠山隧道围岩蠕变损伤模型

为了研究海棠山隧道围岩的长期稳定性,采用MTS815.02试验机对砂岩展开不同围压作用下的三轴蠕变试验,进而分析了围岩在不同围压作用下的长期变形特性。通过结合最小耗能原理建立损伤模型,以能量角度研究岩石的性能劣化规律和蠕变特性。研究结果表明:岩石在变形过程中的能量耗散规律与岩石内部损伤演化规律是一致的,结合最小耗能原理引入内变量,较好地反映岩石内部应力-应变变化状态,将岩石损伤演化规律以能量变化方式呈现出来,也较好地描述了岩石内部能量耗散具体过程;当施加在岩石的应力水平较高时,才会出现稳定蠕变和加速蠕变现象,否则蠕变变形只有衰减蠕变变形,同时,围压的增高不仅增大了试样的破坏应力水平,同时延缓了轴向蠕变变形。最终通过砂岩蠕变试验曲线与模型曲线的高吻合度,这说明了基于最小耗能原理来建立非线性蠕变损伤模型,对砂岩蠕变全过程演化规律描述是合适可行的,也充分地说明将岩石作为耗散结构来确定岩石损伤程度以及反映岩石蠕变全过程变形规律是正确的;该模型对于不同围压作用下花岗岩蠕变特性也有较好地描述,计算曲线和试验数据拟合度较高,说明了该损伤模型的适用性广泛,对实际工程具有指导意义。     

耐久型黏滞阻尼器的研发及性能试验研究

跨海长大桥梁用黏滞阻尼器的服役环境腐蚀性强，且服役时累计位移较大，更容易出现泄露、锈蚀等病害，导致耐久性较差。为了提高跨海长大桥梁用黏滞阻尼器的耐久性，采用了较低的速度指数，应用了串联式密封、陶瓷涂层活塞杆等技术，并设计了智能监测评估系统，研发了耐久型黏滞阻尼器。对耐久型黏滞阻尼器进行的性能试验研究结果表明，其在1～1 000 mm/s速度范围内均满足F=CV^α的本构关系，具有较好的耗能能力；5万次疲劳磨耗后无泄露，陶瓷涂层活塞杆表面光洁，无可见阻尼介质泄露；工作状态可得到实时反馈和评估。该耐久型黏滞阻尼器可较好地满足跨海长大桥梁的减震(振)需求。     

基于离散元法的GTM沥青混合料设计参数研究

运用离散元理论,对GTM法设计的混合料旋转剪切过程中的设计参数:旋转稳定值GSI与旋转剪切系数GSF进行了数值模拟分析。分析过程中,模拟了GTM试验模型沥青混合料的工作状态,获得了GTM法混合料变形与应力场,验证了试验结果的正确性,最后综合试验数值模拟结果提出了GTM混合料设计参数合理取值范围:GSI≤1.05,GSF≥1.3。     

千米级斜拉桥横向减震体系振动台试验

工程中常采用的斜拉桥横向固定体系会增大桥墩、桥塔及其基础的抗震需求，从而增大斜拉桥在地震作用下的损伤破坏风险。为解决这一问题，以已研发的桥梁新型横向钢阻尼器为减震耗能装置，采用振动台试验方法，研究大跨度斜拉桥横向减震体系在近、远场地震作用下的减震效果。以苏通大桥为背景，设计1/35几何相似比的斜拉桥全桥试验模型，并分别进行横向减震体系和传统的横向固定体系的振动台试验。其中，将钢阻尼器与滑动型球钢支座并联布置于桥墩处、钢阻尼器布置于桥塔处形成横向减震体系。基于试验结果进行减震体系的减震行为分析。研究结果表明：在近、远场地震作用下，减震体系均能显著地减小主梁传递给桥墩和桥塔的地震力，其中墩梁、塔梁连接横向传力均减小50%以上，且将主梁位移限制在可接受范围内；减震体系也显著减小了塔身位移、曲率以及墩底曲率需求，其中，塔底截面曲率平均减小了34%，近塔辅助墩墩底曲率平均减小了67%；钢阻尼器拥有饱满的滞回曲线，但其滞回特性与地震输入有关；相对于支座的摩擦耗能，钢阻尼器的耗能能力更显著；在带有速度脉冲的近场地震作用下，钢阻尼器以及支座的位移响应具有明显的脉冲特点。     

地震下斜坡桩场地及桩基动力响应的数值分析

结合离心机振动台试验与开源有限元软件OpenSees研究了斜坡场地上桥梁桩基动力响应问题。首先基于多屈服面模型和桩土动力弹簧模型,对离心机振动台模型试验结果进行了验证分析。计算与实测结果的对比表明:数值模型可较好反映实测规律;桩身最大残余水平位移随El-Centro波地震动加速度幅值的增大呈非线性增加;桩身最终弯矩最大值出现在基岩与土层的交界面处;斜坡场地坡肩较坡顶在地震作用下更容易发生剪切变形,且软硬岩土层倾斜交界面将削弱其抗震耗能的能力。在此基础上,分析斜坡坡角、砂土重度和桩身直径3个主要因素对桩身和斜坡坡肩处土体动力响应规律变化的影响。结果表明:减小斜坡坡角或增大桩身直径均可降低地震荷载对桩基的影响,而砂土重度影响较小;3个因素对斜坡坡肩各深度处土体的动力响应均会产生影响,但其影响程度各有不同;较大的斜坡坡角会显著增加斜坡坡肩各深度处土体的剪切变形;增大桩身直径会大幅度减少斜坡坡肩处中层和深层土体的剪切变形,但对浅层土体影响较小。这些结论可为今后的工程设计提供参考。     

SBS改性沥青混合料蠕变性能试验研究

车辙主要产生于高温时沥青混合料的永久变形。基于此,对基质沥青混合料和SBS改性沥青混合料进行了不同温度及荷载水平下的单轴静载蠕变试验,分析了温度和荷载水平对沥青混合料蠕变特性的影响,并应用Burgers模型对试验进行了模拟。该试验结论指出,Burgers模型可较好地模拟蠕变试验的蠕变柔量曲线,并使用粘弹性理论分析了SBS改性沥青混合料具有较好热稳定性的原因。     

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。     

计入水平力剪切变形和轴力影响的柱单元及其在支座基桩共同作用分析中的应用

基于王用中、Wilson E.L.和赵明华等分别提出的柱单元弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵,推导了3种同时计入水平力剪切变形和轴力P-Δ效应的柱单元刚度矩阵方程,可模拟框架柱、剪力墙等小剪切变形轴力构件和支座等大剪切变形轴力构件的动静力工作,为计入剪切变形和轴力P-Δ效应的压弯剪构件静动力有限元分析提供了理论支撑。推导了另外两种形式的仅考虑轴力P-Δ效应的柱单元刚度矩阵方程。通过退化分析验证了本文理论推导正确。最后应用计入水平力剪切变形和轴力P-Δ效应的柱单元模拟支座偏心工作,并建立了支座基桩有限元模型,应用自编的Matlab有限元分析程序进行了案例分析。结果表明,计入水平力剪切变形和轴力效应的柱单元可较好地实时模拟支座大剪切变形下的偏心工作特性,竖向力因支座大水平剪切位移产生的偏心弯矩极为显著,对基桩受力特性影响较大,将进一步扩大轴力P-Δ效应,进而削弱基桩和支座的整体的水平刚度,有效增大了基桩内力和其等效计算长度,减小了支座基桩的整体水平抗推刚度,不容忽略;建议进行基桩设计计算以及水平力在墩台间分配计算时采用支座基桩共同作用有限元模型。     

考虑摩擦滑移的普通板式橡胶支座剪切性能研究

普通板式橡胶支座作为中国量大面广的公路钢筋混凝土梁桥结构体系中的重要支承构件,其力学性能对局部和整体结构的刚度分布和受力变形特点具有一定的影响,甚至影响服役公路桥梁结构的安全性和适应性。因此,针对桥梁服役过程中该类支座普遍存在的滑移、脱空等典型病害特征,研究其不同受力状态下的剪切性能。考虑支座界面接触方式、几何尺寸等参数,设计并进行了6个普通板式橡胶支座的剪切性能试验。对不同参数影响下支座的损伤破坏模式、剪应变-剪应力曲线、支座有效剪切应变及抗剪刚度等参数进行对比分析。进一步应用有限元数值模拟方法,对摩擦滑移下的支座剪切性能进行参数分析,并将其有限元分析结果与普通板式橡胶支座的剪切性能试验结果进行对比。研究结果表明,支座上、下表面的接触摩擦条件可明显影响支座的水平侧移和抗侧力。对于界面摩擦因数较小的情况,卸载后支座摩擦滑动位移不能完全恢复,随着循环加载次数的增加,摩擦滑动位移增幅增大,且支座界面摩擦滑移可降低支座有效剪切变形和抗剪刚度的发挥。0.5,0.7,1.0等效剪切变形下支座的抗剪刚度试验结果、模拟结果与理论计算结果对比表明,试验结果与模拟结果吻合较好,而既有抗剪刚度理论计算结果偏大,且未考虑支座界面摩擦滑移、脱空的影响。因此,在进行实际桥梁结构的力学性能计算时,应考虑不同受力阶段支座力学性能指标的取值。     

基于时间硬化蠕变模型的淤泥质土室内蠕变试验回归分析研究

将普通三轴剪切试验仪器改装成由应变控制的三轴剪切蠕变仪,对淤泥质土样进行室内三轴固结不排水蠕变试验,获得土样在不同围压和偏应力下的分别加载蠕变曲线、应力-应变等时曲线等,体现了淤泥质土显著的非线性蠕变特性。采用时间硬化蠕变模型对试验数据回归分析,回归曲线能较好拟合室内蠕变试验成果,结果表明该模型能够较好描述依托工程淤泥质土的蠕变特性,为数值模拟提供了蠕变参数。     

新型自复位变摩擦耗能支撑及其在桥墩抗震中的应用

为了减小传统摩擦耗能支撑在强震作用下的残余变形,提出一种基于形状记忆合金(SMA)板材的新型装配式自复位变摩擦耗能支撑(S-SCFB),该支撑主要包括SMA板圆环自复位系统和摩擦耗能系统。首先阐述了新型支撑的基本构造,揭示了其工作机理和自复位原理;通过开展SMA板材的材性试验研究了其力学性能,基于SMA板材的力学性能和支撑的工作机理,建立了新型支撑的简化分析模型;然后基于ABAQUS有限元软件建立了新型支撑的精细化实体有限元模型,将数值模拟结果与简化分析模型进行了对比分析,系统地研究了新型支撑的滞回性能及影响规律,同时在OpenSees软件中2次开发了新型支撑的恢复力模型;最后,基于新型支撑优良的滞回性能,将其应用到双柱式桥墩中提升桥墩的抗震韧性。研究结果表明：SMA板材本构模型呈“旗帜”型,具有承载力高,变形能力强,自恢复能力良好等优点;基于SMA板材装配的S-SCFB具有稳定的耗能能力和优良的自复位功能,卸载后无残余变形,同时建立的简化分析模型与数值模拟结果吻合较好;通过调整S-SCFB的设计参数,可有效实现调节S-SCFB滞回性能的目的,具有良好的可调节性;附加S-SCFB可以有...