兰州西固黄河大桥横向抗震体系研究

兰州西固黄河大桥主桥为(67+110+360+110+67)m双塔双索面钢-混结合梁斜拉桥,南岸引桥为2×40m预应力混凝土简支箱梁桥,北岸引桥为5×40m预应力混凝土连续箱梁桥。为确定该桥的合理横向抗震体系并优化其布置形式,采用SAP2000Nonlinear程序建立全桥有限元模型,分析该桥在横向滑动、过渡墩约束、辅助墩约束及横向完全约束4种墩梁横向约束体系下的地震响应,并针对横向挡块减震措施分析不同材料挡块控制参数对抗震性能的影响。结果表明:横向滑动体系下桥墩的地震响应最小,但墩-梁横向相对位移较大;过渡墩横向约束和辅助墩横向约束体系均会增大相应桥墩的地震响应,其中辅助墩横向约束体系下增加更为明显;横向完全约束体系下,各墩受力均不利;混凝土刚性挡块难以同时减小过渡墩与辅助墩的地震响应,横向减震效果不好;采用弹塑性挡块能显著降低过渡墩与辅助墩的墩底内力和墩-梁横向相对位移。     

高烈度区纵横向抗震体系比选分析

高烈度区斜拉桥的地震响应较大,选择合理的纵横向约束体系是十分关键的.基于一座混凝土双塔斜拉桥实例,分别建立索塔和主梁纵横向固结、自由和设置阻尼约束体系的有限元模型,得到纵桥向设置粘滞阻尼器、横向设置钢阻尼器是相对最优约束体系的结论,并通过参数比选设置合理的阻尼器参数,使得大桥关键截面内力和位移都能得到较好的控制.另外,由于大跨度斜拉桥与相邻引桥自振周期相差较大,强震作用下容易发生碰撞或落梁,在模型梁端设置碰撞接触单元,并分别讨论碰撞刚度和初始间隙对截面受力和碰撞力的影响.结果表明,设置适当参数的弹性限位装置可减弱过渡墩处的地震反应.     

超大跨度斜拉桥的横向约束体系

为了确定超大跨度斜拉桥的合理横向抗震约束体系,以苏通长江公路大桥为研究对象,采用非线性时程分析方法,分析了3种边墩、梁横向约束体系即横向滑动体系、全限位体系和减隔震体系(流体黏滞阻尼器连接体系)对超大跨度斜拉桥地震反应的影响,重点研究了阻尼器的合理设置方式及阻尼器参数。结果表明:对于超大跨度斜拉桥,横向滑动体系和全限位体系均不是理想的抗震体系;而在边墩、梁之间设置横向流体黏滞阻尼器可以显著减小边墩的横向内力以及梁端的横向位移,流体黏滞阻尼器应分散设置在各边墩上。     

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。     

墩高对高烈度区连续梁桥抗震体系的影响

为研究桥墩高度对高烈度区连续梁桥抗震体系的影响，确定不同抗震体系的墩高适用范围，以黄茅海西引桥60 m连续梁桥为工程背景，进行了不同墩高下的约束体系对比分析，并在中间墩墩梁固结体系的基础上进一步分析了过渡墩约束体系对地震响应的影响。结果表明，当墩高较低时，减隔震体系地震响应明显小于墩梁固结体系，减隔震体系优势较大；随着墩高的增加，桥墩刚度减小，桥梁的自振周期增加，墩梁固结体系的地震响应逐渐减小，减隔震体系的优势减小。因此，建议墩高相对较矮时采用减隔震体系，墩高较高时采用墩梁固结体系。由于过渡墩设置减隔震支座可明显减小横向地震作用下结构内力，且不会大幅增加纵向地震响应，因此采用中间墩墩梁固结体系时，仍然可以考虑在过渡墩位置设置摩擦摆减隔震支座进行减隔震设计。     

连续刚构桥采用粘滞阻尼器后的抗震性能分析

以某高速铁路三跨连续刚构桥(60 m+100 m+60 m)为研究背景,用Midas/civil软件建立有限元模型并采用非线性时程法分析其在地震作用下的结构响应。从减小活动墩的墩梁相对位移入手,提出在活动墩布置粘滞阻尼器的减震方案。通过对粘滞阻尼器参数与地震响应之间变化关系的研究,确定了合理的粘滞阻尼器参数取值。分析结果表明,粘滞阻尼器可改善连续刚构桥的活动墩墩梁相对位移较大的情况,同时还可以均衡各墩受力。     

小箱梁桥横向减震体系及其耗能特性

为改善小箱梁桥的横向抗震性能,以三角形钢板为基本耗能构件,提出板式橡胶支座与钢阻尼器组合、板式橡胶支座与钢挡块组合2种横向减震体系,详细阐述了2种减震装置的构造特点和力学特性。钢挡块体系的挡块间隙取板式橡胶支座发生滑动时的位移,以充分发挥支座的柔性减震作用。以一座简支小箱梁桥为例,在成本相同的前提下,研究2种减震装置屈服力变化对减震效果的影响,阐明了减震体系主要力学参数的确定方法,并采用非线性时程反应分析方法,对2种减震体系的耗能特性进行深入分析。选取2条典型的地震动输入,分析了2种减震体系对墩梁相对位移、最大墩底弯矩的影响和各自减震装置的耗能机制。结果表明:地震下钢阻尼器耗能大,通过提供耗能及较大的恢复力能有效控制墩梁相对位移,而钢挡块耗能小,主要通过提供恢复力来控制墩梁相对位移,因而阻尼器体系的限位效果要显著优于挡块体系;在一定范围内,增大钢阻尼器(挡块)屈服力可以显著减小最大墩梁相对位移,但不会明显增大下部结构地震力;当地震动输入在正负方向能量分布不均时,钢挡块体系中梁体频繁撞击一侧挡块,挡块的滞回圈数会显著减少,支座较易遭受地震损伤;而钢阻尼器体系更能适应不同的地震动输入。     

大跨混凝土斜拉桥约束体系及阻尼器最优参数研究

为研究不同约束体系及阻尼器参数对大跨度混凝土斜拉桥抗震性能的影响,文中以某大跨混凝土斜拉桥为背景,为确定其合理的纵向、横向约束体系,采用有限元软件建立模型,利用非线性时程分析方法对塔梁处约束形式进行优化分析。为控制地震作用下关键位置的内力、位移响应,对纵向、横向受力进行阻尼器参数分析,以确定最优的阻尼器参数。最后提出适合该桥的约束体系及相应的最优阻尼器参数。     

高烈度区大跨斜拉桥横向约束方案优化分析

为了确定强震作用下斜拉桥的合理横向抗震约束体系,以可克达拉大桥为工程背景,采用非线性时程分析法,分析了4种横向约束体系即横向滑动体系、全限位体系、位移相关型减震体系和速度相关型减震体系对强震区大跨度桥梁地震响应的影响,重点对钢阻尼器的屈服荷载和黏滞阻尼器的位置及相关参数进行优化分析,并与其他体系的地震响应进行了对比。结果表明:在强震作用下,对于大跨度桥梁,横向滑动体系和全限位体系均不是理想的抗震体系;而在墩、梁之间设置减隔震装置可以显著减少横桥向的墩梁相对位移及地震剪力和弯矩;桥塔底的地震剪力和弯矩对减震装置参数的变化不敏感。     

沙坡头黄河大桥约束体系研究

为了探究沙坡头黄河大桥合理的约束体系，从而减小桥梁结构的地震响应，以沙坡头黄河大桥为研究对象，利用SAP2000软件，采用非线性时程分析方法开展了不同约束体系下桥梁地震响应的对比分析，提出了纵向在主塔位置设置黏滞阻尼器，横向在主塔和桥墩处设置黏滞阻尼器和摩擦摆支座的减震阻尼体系。结果表明，采用该体系，塔底弯矩降低了34%,主塔和过渡墩处的支座纵向位移降低了55%以上；纵向阻尼系数主塔处取4 000、过渡墩处取3 000,横向阻尼系数主塔处取4 000、过渡墩处取2 000,是较为合理的。     

天水市藉口镇藉河大桥总体设计

天水市藉口镇藉河大桥主桥采用独塔双索面斜拉桥,边跨45 m+84 m,主跨155 m,主塔采用钢筋混凝土钻石形塔,主梁采用预应力混凝土边纵梁,该桥采用塔、梁、墩固结体系,辅助墩及过渡墩处设置减隔震型抗震支座。阐述了该桥总体设计时在孔跨布置、主梁、主塔、斜拉索、基础等方面的尺寸确定。对高烈度地区独塔斜拉桥的设计提供了宝贵的工程经验。     

斜拉桥减震控制研究

对于采用飘浮体系的斜拉桥,主桥在地震作用下将产生较大的纵向位移,必须加以控制才能保证桥梁的抗震安全性,本文探讨了采用弹性连接装置减震和采用粘滞阻尼器不同的布置方式减震,对3种减震方案进行了参数敏感性分析。分析表明,只要选择合理的参数,3种减震方案均能较好地控制主桥在地震作用下的纵向位移,但同时在塔、梁和梁与辅助墩之间设置阻尼器的方案最优。     

低重心斜拉桥边跨墩柱横向抗震措施研究

针对低重心斜拉桥边跨墩柱的横向抗震问题,以某在建低重心斜拉桥为背景,进行边跨墩柱横向抗震措施研究。该桥主桥为(45+80+285+80+45)m双塔双索面混凝土斜拉桥,边跨墩柱高度仅为11 m。采用SAP2000建立全桥有限元模型,输入地震动,通过抗弯能力需求比R M评估桥梁的抗震性能,提出改变墩柱截面形式与采用防屈曲支撑构件(BRB)等8种抗震措施,并对比分析各措施墩柱关键截面的R M。结果表明:在地震作用下,设置横向固定支座的边跨墩柱墩底截面弯矩较大、R M均小于1,是低重心斜拉桥横向抗震的薄弱环节;8种抗震措施墩柱关键截面的R M均大于1,各措施均可改善边跨墩柱的横向抗震性能,措施Ⅱ-6(将边跨墩柱改为双肢截面,并在双肢间设置BRB)为该桥最优措施。     

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。     

大跨连续梁桥不同支座体系地震响应对比及参数研究

为解决大跨连续梁桥在不同支座体系下的地震响应及阻尼器参数对主梁位移的影响,以某座大跨(70+110+70)m连续梁桥为例,分别采用盆式支座、摩擦摆减隔震支座和摩擦摆减隔震支座+阻尼器支座体系,通过有限元软件Sap2000模拟分析桥梁在地震作用下的特性。结果表明:1)在地震作用下,采用摩擦摆减隔震支座体系能有效降低桥墩的地震响应;2)在摩擦摆减隔震支座增设阻尼器可减小主梁位移,但桥墩内力随之增大;3)阻尼器的参数应依桥梁的特性合理选用。     

使用非线性粘滞阻尼器的桥梁在地震反应中的响应分析

通过对粘滞阻尼器的非线性力学特性及工作机理进行分析,建立了桥梁使用液体粘滞阻尼器的地震反应分析模型及方程,提出了引入直接积分法的阻尼非线性在桥梁地震瞬态反应分析中的数值求解方法,对这种装置的减震性能进行了研究。使用该非线性动态时程分析方法编制的程序对使用粘滞阻尼器的吉林某特大桥进行地震反应分析,探讨了使用新型结构保护装置对连续箱梁桥地震响应的影响。结果表明,液体粘滞阻尼器可以控制主梁和非刚结墩之间传递的水平推力,可以减小刚结墩上的内力,同时也增大非刚结墩的内力。该计算方法对非线性阻尼分析有效,使用液体粘滞阻尼器可以有效减小结构地震力。     

菱形钢阻尼减震支座与性能分析

针对中小跨径的梁式桥,围绕支座滑动、隔断地震力以及后续梁体的地震限位问题,本文提出一种同时具备优良滞回耗能特性和工程可实践性的菱形钢阻尼减震支座。首先详细介绍了该种支座的构造形式和工作机制,并通过数值仿真的技术手段研究了菱形钢阻尼元件的变形模式和力学行为,之后以一座典型的梁式桥为例,比较分析了滑动约束体系、采用菱形钢阻尼支座的减震体系、固定约束体系下墩底的剪力、弯矩需求以及墩-梁位移的地震响应情况,进而论证本文菱形钢阻尼支座的减震效果。     

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。     

独塔斜拉桥的抗震分析及减隔震措施研究

对于大跨径斜拉桥,抗震计算涉及的因素较多,需要根据其自身特点,进行专项研究,以昆阳路闵浦三桥为研究对象,分别采用反应谱法和时程分析法对半飘浮体系独塔斜拉桥的结构地震响应进行对比分析,选取合适的地震波和阻尼参数。在E2地震作用下,采用时程分析法分别对塔梁间纵向约束支座剪坏前后两种不同的受力体系进行分析,结果表明,对支座剪坏前的纵向约束体系,主塔支座承受较大的水平力,而对支座剪坏后的纵向活动体系,主塔塔顶位移和主梁梁端的纵向位移均较大。针对大跨度独塔斜拉桥桥型方案特点,采用减隔震组合体系,不仅可大幅降低塔底纵向受力,同时可将塔顶和梁端的纵向位移控制在合理范围之内,是理想的抗震约束体系。