高铁隔震桥梁模拟地震振动台试验研究

为研究高速铁路桥梁采用摩擦摆支座后的减隔震性能,对一跨典型32.5 m高铁简支梁桥进行了试验。依据经典力学原理推导双凹面摩擦摆支座的水平力-位移滞回模型并分析其力学性能参数,设计制作了符合高铁隔震桥梁要求的隔震支座。隔震支座的低周反复加载试验显示:双折线滞回模型能有效模拟双凹面摩擦摆支座的本构关系。设计缩尺比1∶13的高铁隔震桥梁模型,并选用2条地震动记录进行模拟地震振动台试验。试验中测量了不同抗震设防烈度地震作用下模型结构振动台试验的响应,包括主梁和墩顶的加速度、位移,摩擦摆支座的剪切变形,墩底钢筋和混凝土的应变。试验结果表明:双凹面摩擦摆支座能够有效消耗地震能量,减小桥梁的动力响应,且地震强度越大隔震桥梁模型的减震效果越好。     

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。     

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。     

太白路桥减隔震设计分析

为满足太白路桥的高烈度抗震要求,对该桥进行了减隔震设计分析。利用Midas/Civil软件对该桥进行了非线性时程分析,并对比了减隔震设计前后桥梁的地震响应。结果表明:安装粘滞阻尼器和E型钢支座后,桥梁固定墩的纵向和横向墩底弯矩和剪力都明显减小;桥梁纵向和横向梁端位移也明显减小;固定墩墩顶位移在纵向和横向也减小很多。采用本文提出的减隔震设计方案后,太白路桥能够满足所在地区的抗震要求,大大提高了桥梁结构在地震作用下的安全性。     

剪力键对摩擦摆式支座减隔震效果的影响

以粤东高烈度地区某连续梁桥为背景,提出ANSYS中对带剪力键的摩擦摆减隔震支座的数值模拟方法,通过建立全桥有限元模型,利用该数值模拟方法分析剪力键对摩擦摆支座减隔震效果的影响。通过改变摩擦摆支座的相关参数,研究参数变化对摩擦摆支座减隔震效果的影响。研究结果表明:在摩擦摆支座的摩擦因数较小且摩擦摆滑道曲率半径较大时,剪力键对采用摩擦摆支座的减隔震桥梁墩底弯矩影响较大,需要在地震反应分析时考虑剪力键的影响。     

成昆铁路矮塔斜拉桥减隔震体系研究

成昆铁路金沙江大桥位于高烈度地震区，为跨度超过200 m的预应力混凝土矮塔斜拉桥，其减隔震体系关系到铁路运行的安全稳定性。为优化金沙江大桥的减隔震体系，利用MIDAS Civil软件对其支座结构进行有限元建模和计算，分析双曲面球形减隔震支座和三摩擦副双曲面球型减隔震支座及剪力榫结构的动力时程结果。研究结果表明：在罕遇地震下，双曲面球形减震支座结构能够有效减少主塔的墩底剪力和墩底弯矩，其位移大于400 mm,而桥梁纵向伸缩缝尺寸为300 mm,因此支座不满足桥梁纵向位移要求；三摩擦副双曲面球型减隔震支座墩底弯矩增大，墩顶位移和墩底剪力显著减小，墩顶位移为236 mm,小于纵向伸缩缝尺寸，桥墩间的内力相近，减小梁端伸缩量，有利于全桥的内力分布、梁端伸缩装置的设置及列车的平稳运行。     

桥梁大阻尼双曲面球型减隔震支座设计研究

以满足高烈度地震区大跨度连续梁桥抗震设计为目的,综合考虑桥梁支座地震位移、减隔震效果和支座抬高量等因素,设计将三摩擦副双曲面球型减隔震支座与黏滞阻尼器组合,形成大阻尼双曲面球型减隔震支座,以期达到两种产品结构集成和功能集成的效果。通过建立有限元计算模型,对双曲面球型减隔震支座和大阻尼双曲面球型减隔震支座的使用情况进行对比分析,并进行大阻尼双曲面球型减隔震支座试验,结果均表明大阻尼双曲面球型减隔震支座具有更好的减震性能。     

高烈度地震区曲线连续梁桥的减隔震方案研究

结合高烈度区铁路曲线连续梁桥的工程实例,通过引入减震率对铅芯隔震橡胶支座、双曲面球型减隔震支座以及双曲面球型减隔震支座+黏滞阻尼器3种减隔震方案进行对比分析。结果表明:在多维地震动作用下,3种减隔震方案均具有良好的减震效果,采用双曲面球型减隔震支座+黏滞阻尼器的方案既可有效发挥双曲面球型支座摆动摩擦耗能,又可通过黏滞阻尼器限制最大位移,从而减少了双向耦合作用,延长了结构周期。同时,该方案可有效减少固定墩的最大地震响应,将地震荷载均匀分配至各墩,并充分发挥双曲面球型隔震支座的自复位功能,对震后的修复十分有利,是最优方案。     

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。     

城际铁路大跨度连续梁桥减隔震分析

由于城际铁路大跨度连续梁桥上部结构恒载较大,常规抗震设计难以满足规范要求。以西法(西安—法门寺)城际铁路(77+128+77) m大跨度连续梁桥为背景,采用摩擦摆减隔震支座和黏滞阻尼器相结合的减隔震措施,通过建立MIDAS/Civil有限元模型分析了城际铁路大跨度连续梁桥在高烈度区的减隔震性能。结果表明:所采取的措施可有效协同各墩共同承担地震响应,提高了结构的抗震性能;下部基础均处于弹性状态,墩梁之间的相对位移在合理范围内。     

斜拉桥减震控制算法研究

研究目的:以一座大跨漂浮体系斜拉桥为实例,建立有限元模型进行斜拉桥地震反应半主动控制、主动控制和被动控制计算分析.探讨不同减震控制算法对斜拉桥地震反应控制效果的影响,为实际工程中的斜拉桥减震提出理论上的建议.研究结论:各种减震控制方法并不能使桥梁全部地震反应都能得到控制,而是使得桥梁大部分地震反应减小,同时却放大塔底剪力等另外部分地震反应;8种减震控制算法中,最大阻尼力被动控制算法的减震效果相对最好,半主动界限Hrovat控制算法、主动控制和被动控制没有出现加速度放大效应,而其它半主动控制算法会产生不同程度的加速度放大效应.     

轨道交通高架桥梁减隔震分析与应用

阐述E型钢减隔震支座的减震机理,通过非线性时程分析,证明轨道交通减隔震体系的有效性与可靠性,说明应用减隔震支座的桥梁减隔震体系可大幅减小地震力,并消除不确定因素对抗震设计的影响,从而提高结构的抗震安全性和设计的经济性。实践表明,减隔震技术在轨道交通领域的成功应用,将为我国轨道交通抗震设计开辟一个新领域,进而提高轨道交通高架桥梁的抗震防灾能力。     

速度锁定支座的设计与减震性能分析

研究目的:随着我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其推广应用的最佳机遇。本文介绍速度锁定支座的工作原理、设计方法,并对其进行锁定性能等测试,另外还对速度锁定支座进行实桥减震性能分析。通过对某城际铁路预应力混凝土连续梁桥进行非线性时程分析,对比、验证其减震效果。研究结论:通过分析速度锁定支座的试验和实桥分析结果,可以得出:(1)速度锁定支座的锁定装置在快速荷载下能够迅速实现锁定功能,慢速状态下能够自由滑动;(2)在10万次的疲劳测试中不会出现泄露、卡滞现象;(3)输入地震波后速度锁定支座的锁定装置达到锁定速度时,活动支座发挥固定支座的功能;(4)安装速度锁定支座后,桥梁固定墩水平力较未安装时大幅降低;(5)桥梁活动墩参与承受水平力且其墩顶水平力比较接近,从而可适当减小原固定主墩外形尺寸及其配筋量;(6)速度锁定支座减震效果良好,是可广泛推广应用于高烈度地震区铁路桥梁的隔震支座。     

长联公铁两用钢桁梁桥采用速度锁定器装置减震性能研究

长联公铁两用钢桁梁桥固定墩地震响应大,抗震设计困难。通过设置速度锁定装置,并对各种速度锁定器布置方案进行比选分析,研究该类桥梁桥墩采用速度锁定器装置后的减震性能。由于设置速度锁定器装置的活动墩的分担,各方案整体减震率可达到20.5%～47.1%。如锁定墩(设置速度锁定器装置的活动墩)墩高相比固定墩和其他锁定墩墩高矮很多,或者锁定墩一侧未采用速度锁定器装置的活动墩较多,则该锁定墩的地震响应可能超过原固定墩。该类桥梁确定锁定器布置方案时应综合考虑内力和位移的减震效果、锁定力大小,并同时兼顾公路层和铁路层梁-墩相对位移的大小等因素的影响。对长联公铁两用钢桁梁桥,采用速度锁定器装置并优化其布置方案后,可取得较好的减震效果。     

采用铅芯隔震橡胶支座的连续梁桥地震能量反应分析

基于多自由度桥梁体系地震能量反应方程,以一座铅芯橡胶支座隔震连续梁桥为例,选取5条具有代表性的地震波利用有限元的方法对全桥进行非线性动力时程分析,研究地震动峰值加速度、支座铅芯屈服力和屈服后刚度对桥梁结构地震能量反应的影响。分析结果表明:地震动峰值加速度对桥梁结构地震能量反应的影响较大,但对支座耗能比及阻尼耗能比的影响较小;支座铅芯屈服力及屈服后刚度对桥梁结构地震能量反应的影响较大,铅芯屈服力及屈服后刚度越大,支座耗能比越小,阻尼耗能比越大,反之亦然。增大支座铅芯屈服力及屈服后刚度不利于支座的滞回耗能,因此,在保证强度及位移要求的前提下应尽量采用铅芯屈服力及屈服后刚度较低的铅芯隔震橡胶支座。     

分离式隔震技术在超长结构中的应用

针对超长结构隔震设计,提出由滑板支座和橡胶支座组成的分离式隔震技术。滑板支座和橡胶支座分别设置在隔震层的柱墩顶部和基础梁端,将传统隔震支座的竖向承载力和水平刚度有效剥离,可克服传统隔震支座在竖向应力下承受超长结构往复温度效应带来的剪切疲劳和耐久性问题。隔震分析表明:通过合理的隔震层布置,分离式隔震设计可达到上部结构降低一度的技术要求,滑板支座可满足短期及长期面压的承载力要求,隔震层具有良好的抗风能力及自动复位能力。     

Kelvin模型和Maxwell模型在基底摇摆隔震中的比较

在基底摇摆隔震桥墩中,提出可以考虑碰撞效应的Maxwell模型和Kelvin模型,建立考虑碰撞效应的基底摇摆隔震桥墩的运动方程,重点研究了模型中连接弹簧刚度以及阻尼系数的取值范围和计算方法,分析了两种模型在强震下地震反应的差异,提出了考虑碰撞效应的基底摇摆隔震桥墩合理的减隔震分析模型。分析结果表明,Kelvin模型优于Maxwell模型,在模拟碰撞效应的基底摇摆隔震桥墩中,建议采用Kelvin模型进行计算。     

铁路高墩桥梁基底摇摆隔震与墩顶减震对比研究

为提高铁路高墩桥梁抗震性能,探讨强震下高墩桥梁减、隔震设计,提出一种适用于顺、横桥向的高墩基底摇摆隔震设计方法。根据铁路高墩减、隔震设计参数确定原则,给出高墩摇摆隔震力学计算模型及其主要参数计算公式。结合某铁路高墩桥梁,采用数值方法分析其基底摇摆隔震效果与墩顶铅芯橡胶支座减震效果,并进行比较。结果表明:墩顶铅芯橡胶支座具有一定减震效果,基底摇摆隔震高墩能靠自重平衡地震作用,隔震效果比墩顶减震效果更好、更稳定;基底摇摆隔震技术还可实现墩底最大地震弯矩不受输入地震动频谱特性的影响。     

双曲面球型减隔震支座曲线连续梁桥的减隔震

针对某3跨门式桥墩轨道交通曲线连续梁桥,采用其桥址<地震安全性评价报告>提供的3条地震动时程曲线,应用SAP2000有限元软件,分析未隔震和双曲面球型减隔震支座隔震条件下的罕遇地震响应,进行双曲面球型减隔震支座曲线连续梁桥的减隔震研究.研究结果表明,曲线连续梁桥各桥墩的内力响应受响应内力方向与地震动输入方向火角的影响;仅固定墩切向隔震时,固定墩的切向内力大幅减少,弯矩和剪力分别减小约70%和50%,但各墩的径向内力均有增加,最大增幅约达10%,不能满足桥梁的抗震要求;固定墩切向和径向双向、滑动墩径向隔震时,固定墩的切向和径向内力均大幅减少,弯矩和剪力分别降低约73%和49%,同时各滑动墩的径向内力也大幅降低40%～60%,减震效果明显.     

液体黏滞阻尼器与双曲面球形减隔震支座联合应用研究

以某城际铁路105 m简支系杆拱桥为工程依托,采用液体黏滞阻尼器与双曲面球形减隔震支座联合作用方式,对结构进行罕遇地震下的抗震设计,以了解二者联合应用于减隔震设计时的特性。利用Midas/Civil软件,采用非线性时程分析方法,对液体黏滞阻尼器与双曲面球形减隔震支座分别应用于结构的减震效果,以及二者联合应用时的减震特性分别进行了分析。分析结果显示,液体黏滞阻尼器的减震效果要优于双曲面球形减隔震支座。在给定的减震目标下二者联合应用时,液体黏滞阻尼器的吨位及结构墩顶水平力均较单独使用有所降低,对阻尼器的布置及结构的抗震设计是有利的;双曲面球形减隔震支座对地震能量耗散小,支座的摩阻系数提高时虽然增大了地震能量消耗比,但增大了结构墩顶水平力与震后残余位移,对结构抗震是不利的;二者联合应用时,应结合设防结构自身特点与减隔震设计目标,选取合适的设计参数。