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。     

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。     

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。     

减震榫对近场高烈度区大跨铁路连续梁桥抗震性能影响分析

为研究减震榫在近场地震下对高墩大跨铁路连续梁桥抗震性能的影响,基于弹塑性力学、材料力学等理论,建立减震榫本构模型与力学性能指标计算方法,以近断层高烈度区某典型高墩大跨非规则连续梁为工程背景,开展典型铁路桥梁抗震性能研究,利用Midas软件建立考虑减震榫的非规则桥梁空间有限元模型,研究减震榫设计参数对大桥地震响应的影响。研究结果表明:在近场地震作用下,减震榫可使大跨连续梁桥墩底内力和墩顶位移的减震率达到35%,能较好地耗散地震能量,有效降低桥墩内力并起到限位作用,减震榫对高墩大跨铁路连续梁桥具有良好的适应性。     

连续梁桥墩底自复位减隔震机理及参数优化分析

铁路连续梁桥一般只设置一个固定墩,在强震区固定墩的抗震能力难以满足需求,提出一种连续梁桥固定墩墩底自复位减隔震设计思想。在正常使用情况下,固定墩墩底与承台之间处于固接状态。在罕遇地震情况下,固定墩墩底与基础承台之间发生相对摇摆,减少了地震能量向上部结构的传递,并通过摆动过程中的相互摩擦消耗部分地震能量,起到减隔震作用。同时在地震余能和结构自重的共同作用下,使结构在震后基本能够自动恢复到初始平衡位置。以典型铁路三跨连续梁桥为例,研究了墩底自复位减隔震结构的减隔震机理,分析了墩底自复位减隔震结构主要参数对减隔震效果及滞回性能的影响。研究表明,在连续梁桥固定墩墩底设置自复位减隔震结构可以有效降低固定墩的地震响应,具有较好的减隔震效果。但在桥墩较矮时,会增大梁端纵向位移响应,在实际设计中应予以考虑。墩底自复位减隔震结构的椭圆长半径a、短半径b及桥墩高度H等参数对墩底自复位减隔震结构的减隔震效果有较大影响,而墩底自复位减隔震结构的摩擦系数μ对其减隔震效果影响相对较小。椭圆长半径与短半径之比a/b对墩底自复位减隔震结构的滞回性能有较大影响。     

铁路大跨度梁拱组合桥的减震措施

随着我国客运专线、高速铁路以及城市轨道交通建设的迅速发展,不断涌现出许多新型的、非常规的、复杂的桥梁结构。尽管我国在梁拱组合体系桥梁中已有一些工程实践,但在设计和施工中仍存在一些亟待解决的问题,如对于大跨度铁路梁拱组合桥尚缺乏系统的地震研究。本文以一座铁路大跨度梁拱组合桥为工程背景,采用非线性时程反应分析方法分析和计算设置速度锁定装置后该桥的地震响应和减震效果。结果表明速度锁定装置能够明显减小固定墩墩底剪力、弯矩和墩顶位移,减震率在24%以上,使桥梁受力重新分配,提高了结构的整体抗震性能。     

贵广铁路东平水道特大桥抗震设计研究

东平水道特大桥主桥双线铁路(85.75+286+85.75)m钢桁架拱桥,为国内首座该类型铁路桥梁。桥位处抗震设防烈度为7度,主桥的地震设防为设计关键。建立主桥三维有限元抗震模型,详细研究在33号活动墩墩顶不设置或设置液体黏滞阻尼器装置对主桥的抗震影响效果,采用反应谱和时程两种分析方法,对抗震分析结果进行比较。结果表明:(1)地震反应不控制钢桁架拱桥和桥墩身结构设计,仅控制桩基础设计;(2)33号活动墩墩梁间设置纵向减隔震液体黏滞阻尼器,对32号固定墩纵向抗震响应影响不大,效果不明显;(3)给出的最小配筋率均能满足各桥墩桩基础抗震验算及预期的抗震要求。     

高速铁路连续梁桥纵向减震装置机理性研究

研究目的:为了给高速铁路大跨连续梁桥纵向减震设计提供依据,本文基于某(60+100+100+60)m大跨连续梁桥,对比研究采用Lock-up装置、粘滞阻尼器和双曲面球型减隔震支座的减震机理与减震效果,对影响减隔震效果的相关参数进行分析研究,并讨论减隔震装置的合理参数区间以及适用范围。研究结论:(1)Lock-up装置不耗能,通过改变结构地震力分配路径来减小固定墩内力响应,但会减小结构纵向振动周期,导致结构总体内力响应增加,因此对于矮墩桥梁的减震效果较好;(2)粘滞阻尼器不改变桥梁结构的动力特性,主要通过滞回耗能来减小结构地震响应;(3)采用双曲面球型减隔震支座后,结构的纵向振动周期延长,支座滞回耗能为结构提供了附加阻尼,显著减小了固定墩的内力,但同时增加了墩梁相对位移;(4)该研究成果可以为高速大跨连续梁纵向减震设计提供参考。     

高烈度震区独塔斜拉桥减震优化设计

高烈度震区独塔斜拉桥在纵、横向地震作用下均需满足相应的抗震性能要求,以唐山市二环路上跨津山铁路独塔斜拉桥为例,该桥综合采用主塔处设置纵向粘滞阻尼器,辅助墩和边墩设置横向粘滞阻尼器的结构体系,分别抵御纵、横向地震。设计对阻尼系数和阻尼指数等进行了详细的参数分析;对合理横向抗震体系进行研究。研究表明:阻尼系数和阻尼指数应进行参数分析,并综合考虑梁端梁-墩相对位移、桥塔受力等合理选择。横向阻尼约束体系相对漂浮体系和固定体系更优。本桥减震设计体系合理,取得了很好的减震效果。     

多阶适时控制连接装置性能试验及应用研究

针对多阶适时控制连接（MTC）装置,开展连接刚度计算和性能试验研究,并以某7跨连续梁桥为研究对象,运用ANSYS软件建立有限元模型,通过非线性时程分析,研究考虑行波效应时MTC装置对连续梁桥的减震效果。结果表明：不同程度地震动作用下,MTC装置可进入弹性、弹塑性、塑性、滑移的工作状态;MTC装置具有良好的滞回特性、耗能能力、承载能力及连接限位能力,其滞回曲线呈较为饱满的梭形,最大等效黏滞阻尼系数大于0.2,可承受300 kN以上荷载,且在加载过程中可提供一定连接刚度;不同程度地震作用时3种不同视波速下配备MTC装置的连续梁桥固定墩墩底剪力、弯矩及梁端位移的地震响应降低程度均在50%以上,MTC装置可明显提升连续梁桥结构的抗震性能;地震动视波速对MTC装置在连续梁桥中应用时的减震效果具有一定影响,长联大跨度连续梁桥应用MTC装置进行减震时有必要考虑行波效应影响。     

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.     

速度锁定 E 型钢阻尼支座及其应用

介绍一种新型桥梁减震支座即速度锁定 E 型钢阻尼支座的结构特点和减震原理,并对其在连续梁桥中的应用效果进行分析.该支座采用一种复合抗(减)震模式,即通过 E 型钢阻尼元件减震耗能,通过速度锁定器分散地震能量.本文重点介绍速度锁定 E 型钢阻尼支座对减少大型连续梁桥梁固定墩地震荷载,发挥活动墩抗震能力的重要作用,从而使全桥地震荷载均衡,各墩能够协调抗震.     

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。     

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.     

基于阻尼参数的高速铁路连续梁桥地震损伤概率影响分析

为研究阻尼参数对高速铁路连续梁桥地震易损性的影响,以一座(32+48+32) m高速铁路连续梁桥为研究背景,借助大型开源程序Open Sees建立了数值模型,并应用基于可靠度理论的概率解析易损性函数表达式获得地震易损性曲线(面),探讨阻尼器参数对桥梁地震易损性的影响。研究结果表明:(1)设置阻尼器使桥梁受力更为合理,可进一步提高桥梁抗震性能;(2)阻尼系数的提高及阻尼指数的降低均使得桥梁固定墩曲率及活动支座位移减小,进而降低固定墩和活动支座在地震作用下的损伤概率。     

双曲面球型减隔震支座在刚构连续梁桥中的应用

结合处于高烈度地震地区的某(48+4×80+48)m刚构连续梁桥的工程实例,分析表明对高烈度区的长联多跨刚构连续梁桥进行常规抗震设计往往无法达到抗震设防目标。应用双曲面球型减隔震支座进行减震设计,可以有效地降低抗震设计控制截面的内力,使结构设计更容易满足抗震规范的要求。同时分析了双曲面球型减隔震支座的两个主要参数摩擦系数和球心距对刚构墩减震效果的影响。对于同一个球心距,刚构墩墩底的顺桥向弯矩响应、墩顶的顺桥向位移响应随摩擦因数的增大而减小,横桥向弯矩响应、横桥向位移响应随摩擦因数的增大而增大;对于同一个摩擦因数,随着球心距的增加,刚构墩墩底的顺桥向、横桥向弯矩响应以及墩顶的横桥向位移响应均呈现减小趋势,而刚构墩墩顶的顺桥向位移响应呈现先减小后增大的趋势。     

减隔震支座及黏滞阻尼器减震效果分析研究

本文基于高烈度震区某(72+128+72)m大跨连续梁桥,采用非线性时程分析方法,研究了铁路连续梁常用双曲面球型减隔震支座的减震效果及减震机理,并采用黏滞阻尼器控制结构过大的地震位移响应.结果表明:(1)双曲面球型减隔震支座均可大幅减小结构地震内力响应,纵桥向墩底弯矩减震率在90％左右,横桥向墩底弯矩减震率在85％左右...     

高速铁路钢混连续梁桥弹性约束体系抗震性能研究

以一座高速铁路大跨度钢混连续梁桥为工程背景,介绍了弹性约束体系及设计参数取值方法,从动力特性、桥墩剪力、墩顶位移等方面对比分析了弹性约束体系、连续约束体系的地震响应,探究弹性约束体系纵向抗震性能。结果表明：与连续约束体系相比,弹性约束体系显著延长了桥梁结构自振周期,且多个主墩协同受力;弹性约束体系有效减小了桥墩纵向剪力和墩顶水平位移,设计、罕遇地震工况下桥墩纵向剪力减震率分别为61.26%、40.56%;罕遇地震工况下,弹性约束多功能支座位移达到弹性位移设计值,纵向水平力由纵向限位装置、弹性约束装置共同承担。弹性约束体系具有良好的纵向减震性能,设计地震、罕遇地震工况下桥墩纵向剪力平均减震率分别为60%、43%。     

考虑轨道系统的高速铁路连续梁桥结构系统参数对纵向地震响应的影响

为研究无砟轨道系统约束作用下的高铁连续梁桥纵向地震响应,以某组合桥跨布置高铁桥梁结构(2×32m简支梁+(48+80+48) m连续梁+2×32 m简支梁)为例,针对CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道系统的结构特点,建立考虑轨道系统结构层间相互作用的叠合梁模型,研究轨道系统约束作用、地震波激励、滑动层摩擦因数、底座板刚度和制动墩抗推刚度对桥梁结构纵向地震响应的影响。分析结果表明:轨道系统对桥梁结构的约束作用可减弱结构纵向地震响应;在不同频谱特性的地震波激励下,桥梁结构地震响应明显不同,当地震波卓越频率与结构自振频率接近时,将放大结构地震响应;随着轨道系统滑动层摩擦因数增加,连续梁桥纵向地震响应减小,简支梁桥纵向地震响应增强;底座板刚度变化对桥梁纵向地震响应影响较小;增加连续梁桥制动墩抗推刚度,将增强制动墩地震内力响应,需要根据不同抗震需求合理设计桥墩抗推刚度。     

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。