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。     

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。     

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。     

高烈度区长联大跨连续梁减隔震设计研究

长联大跨连续梁上部结构惯性力较大,传统延性抗震设计方法很难满足桥梁抗震性能需求,减隔震技术是解决这一问题的有效途径之一。对大跨度预应力混凝土连续梁的减隔震设计进行探讨,以传统盆式橡胶支座抗震方案作为对比对象开展液体黏滞阻尼器减震、双曲面球型隔震支座隔震研究。利用ANSYS建立全桥有限元计算模型,采用非线性弹簧单元COMBIN37模拟液体黏滞阻尼器,非线性弹簧单元COMBIN40及弹簧单元COMBIN14模拟双曲面球型隔震支座,输入50年超越概率2.5%的3条地震波进行非线性时程反应分析。研究结果表明:液体黏滞阻尼器减震效果明显,但其自复位功能差,震后残余变形大,不利于震后的修复;采用双曲面球型隔震支座,除边墩外其余各墩较均匀分担了地震荷载,墩身抗震性能得到充分发挥,减震效果优于液体黏滞阻尼器方案,且其具备自复位功能,震后修复难度较低,因此双曲面球型隔震支座方案为本桥的减隔震设计最优方案,该方案可为高烈度区大跨连续梁的抗震设计提供参考。     

连续梁桥铅销橡胶支座减震效果的评定方法

建立各墩台高度相等且与地基固结的连续梁桥计算模型,采用自主开发的＂桥梁结构非线性地震反应分析程序＂和正交试验方法,对影响铅销橡胶支座隔震连续梁桥减震效果的因素进行计算分析,并对计算结果进行极差分析,验证桥墩高度和支座铅销面积是其中的两个显著性影响因素。对一系列变化桥墩高度和支座铅销面积的模型连续梁桥（各墩台高度相等）减震率进一步计算分析,得到桥墩高度和支座铅销面积对减震率影响的一般规律,给出8度设防烈度、Ⅰ类场地土时铅销橡胶支座能实现模型连续梁桥30%减震率的最大桥墩高度,提出连续梁桥铅销橡胶支座减震效果的评定方法——界限常数法。     

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...     

铁路高墩连续梁桥抗震控制系统的研究

用橡胶材料制成的粘弹性隔震器（阻尼器）作为结构抗震的被动控制，其控制器的行为用Ｋｅｌｖｉｎ－Ｖｏｉｇｔ－ｔｙｐｅ模型来模拟；根据最优二次控制律，采用液压伺服作动为结构抗震的主动控制；同时使用上述两种控制系统构成杂交控制。对一个大跨度铁路高墩铁路连续梁桥研究并评估了上述三种控制系统的减震效果。计算表明，杂交控制比单独采用被 动控制或主动控制有更好的减震效果 。     

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。     

考虑行波效应的刚架系杆拱桥减隔震分析

研究目的:以某跨度(24+160+24)m刚架系杆拱连续箱梁组合桥为工程背景,采用大质量法(LMM)实现多点激励以考虑行波效应影响,对比分析减隔震措施采用前后结构的地震响应,并对弹性连接装置、粘滞阻尼器两种减震装置进行合理参数选取,为拱桥合理减隔震措施的选择提供依据。研究结论:(1)考虑行波效应后,减震装置参数对减震效果有较大影响,对比弹性连接装置和粘滞阻尼器(经合理参数选取)的减震效果可知,对于拱肋轴力减震效果,两种装置差别不大,对于拱肋弯矩减震效果,设置弹性连接装置更佳;(2)隔震体系的采用,减震装置全桥对称设置可以有效缓解行波效应的不利影响,使拱肋受力趋于均匀;(3)单纯采用隔震体系虽可有效降低结构的频率,但却引起结构较大的位移幅值,减震装置的施加可以有效降低结构的位移幅值;(4)该研究成果可应用于指导拱桥抗震设计。     

SMA阻尼器对大跨斜拉桥地震响应影响研究

SMA(Shape Memory Alloy)材料因独特性而广泛用于工程结构减震控制装置中。为便于工程结构分析,编制SMA阻尼器简化双旗型本构Fortran子程序并嵌入Abaqus平台的动力分析中,并以低周往复加载算例验证了其正确性;以一座大跨斜拉桥为例,基于Abaqus平台建立其脊骨梁有限元模型,研究SMA阻尼器的减震控制效果。研究表明:对于塔梁纵桥向漂浮的大跨斜拉桥,塔梁处纵桥向布置SMA阻尼器可有效减小其纵桥向地震位移响应,并且SMA阻尼器的初始刚度对减震效果的影响较为明显;塔梁处纵桥向布置SMA阻尼器后,结构内力减震效果对输入地震波及SMA参数具有一定的依赖性,应当引起注意。     

高速铁路连续梁空心桥墩地震分析

对于高速铁路常规跨度连续梁桥桥墩的地震力,目前设计者多采用抗震规范中单墩地震力计算公式计算,这与全桥模型的实际情况显然不符。为此,利用Midas/Civil软件建立了三种跨度连续梁的全桥空间动力模型,并通过改变基础的形式以及基础的边界条件来改变桥墩的整体刚度,分别将全桥模型计算的地震力结果与规范法的单墩模型计算的结果进行了比较,得出了两者比值(全桥模型数值/单墩模型数值)。当桥墩刚度越强时这个比值越小,桥墩刚度越弱时这个比值越大的结论。并给出了这个比值与刚度之间的关系曲线。最后提出了对于实体桥墩及考虑活动支座摩擦影响的展望。     

渝昆高铁典型连续梁桥地震易损性分析

为评估渝昆高铁典型三跨连续梁桥的抗震性能,基于概率地震需求分析方法对该桥进行理论地震易损性分析.选取渝昆高铁沿线实测地震动记录作为地震输入,考虑桥梁参数的不确定性,采用拉丁超立方抽样方法生成桥梁有限元模型样本库.基于增量动力时程分析方法,通过对桥梁样本库进行非线性时程分析,获得了各构件地震响应峰值,通过峰值响应与地震动...     

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。     

摩擦摆支座在桥梁抗震设计中的应用及分析

介绍摩擦摆式减隔震支座在桥梁抗震设计中的应用,并结合"跨511路大桥"项目工程中(30+40+30)m连续梁桥,着重介绍了摩擦摆式支座的参数选取及隔震方案设计。根据采用普通支座和摩擦摆式支座两种方案的地震反应对比分析,论证了摩擦摆式支座在桥梁减隔震设计中的效果,并对该类支座在应用中存在的问题作了初步探讨,以供今后类似工程抗震设计参考。     

支座摩阻效应对大跨长联连续梁桥地震反应的影响分析

为了解支座摩阻效应对长联大跨连续梁桥地震反应的影响,并得出可应用于工程的相应简化计算方法,以处于高烈度区的某铁路大跨长联连续梁为工程背景,按照不计与计入活动支座摩阻效应两种工况,利用Midas/Civil软件建立结构的三维空间杆件模型,并选用软件中的两种双线性理想弹塑性单元模拟支座的摩阻,采用非线性时程分析方法,对结构进行多遇地震下的地震反应分析。分析结果表明,对于这种设置1个固定墩的大跨长联连续梁结构,是否计入活动墩的支座摩阻效应对固定墩的设计影响很大,设计中需要考虑活动墩的支座摩阻。对于此类结构采用反应谱法进行多遇地震下的抗震计算时,活动墩顶的水平地震力可以直接用支座承受的竖向力乘以给定的支座摩阻系数,固定墩顶的水平力用反应谱计算值减掉活动墩水平摩擦力之和的0.8倍,可以满足工程设计精度要求。     

客运专线桥梁中减隔震技术应用研究

研究目的:基于某客运专线铁路桥梁穿越地震断层带,研究桥梁采用合理的设计理论、方法及有效安全的抗震或减隔震措施,完成在发育区域性地质断层带内的桥梁抗震设计。研究结论:依据实际地质情况,采用反应谱法和时程法,计算比较了桥梁使用普通盆式支座与双曲面球型减隔震支座地震反应的差异,结果表明双曲面球型减隔震支座可大幅降低墩顶的水平地震力,并能满足桥梁在区域性地质断层带内结构大变位的要求,为桥梁下部结构优化设计提供依据,并产生很好的经济效益和社会效益。双曲面球型减隔震支座首次应用于跨越地质断层带的客运专线桥梁工程中,希望为今后铁路桥梁在跨越复杂地质区域及地震高烈度区域提供设计依据,也为今后相关设计规范、标准的修订提供技术支持。     

非规则铁路连续梁桥抗震体系优化

从非规则铁路连续梁桥各桥墩协同抗震的角度,引入墩底摇摆隔震及支座减隔震,以1座(60+100+60)m连续梁桥为例,建立全桥动力分析模型进行地震反应分析,研究具有中等高度(20~30m)实心桥墩的非规则铁路连续梁桥采用摇摆隔震的适用性,以及全桥采用支座减隔震时的桥墩优化配筋准则。结果表明:采用摇摆隔震时,摇摆墩墩底恒载轴力大,提离位移敏感性高,地震作用下墩顶位移可控制在较小的范围且提离后墩底弯矩变化稳定,易随其余各墩协同抗震,经抗震性能验算确定摇摆墩配筋率为0.6%;采用支座减隔震时,桥墩本身地震反应贡献率最高可达71%,桥墩惯性力主控墩底内力,以地震作用下各墩同步保持弹性为原则,优化后各墩配筋率依次为0.7%,0.3%,0.5%和0.7%。以上2种优化均可使非规则铁路连续梁桥达到"大震不坏"的设防水平。     

高速列车与跨线斜拉桥耦合气动效应研究

将空气流场视为黏性、可压缩的非定常流,对高速列车和跨线桥梁模型进行适当简化,以沪昆线上某（112＋80＋32）m预应力混凝土独塔斜拉桥为例,基于大型计算流体力学软件Fluent,采用滑移网格法建立高速列车和跨线斜拉桥流场计算模型。分析了列车以350km／h速度从斜交跨线斜拉桥下穿过时,桥梁底面压强分布情况。通过积分换算出列车气动效应对桥梁产生升力、阻力和扭矩时程。将该气动力时程施加至斜拉桥空间动力模型,研究运营阶段斜拉桥动力响应。研究表明,高速列车尾流对斜拉桥的气动力作用大于列车头,列车正上方梁体所受气动力最大;列车风对运营阶段斜拉桥影响极小,可忽略不计;若跨线桥为质量惯性较小的钢桥,列车气动力对其影响仍需进行相应研究。     

呼准铁路黄河特大桥刚构连续梁设计关键技术研究

呼准铁路黄河特大桥主桥采用高墩、长联、大跨刚构连续梁的结构形式,为了确保结构设计安全,需要解决以下关键技术问题:选择合龙顺序、确定合龙顶力、减小梁体徐变下挠、解决梁端和支座处较大的水平位移等。结构设计时运用有限元程序对主桥进行了整体静力分析、箱梁横向环框计算、桥墩罕遇地震延性分析以及车桥耦合动力仿真分析等详细计算,确定主桥为2个固结墩;采用先合龙次中跨、再次边跨、然后边跨、最后中跨的合龙顺序;在设计条件下采用9 000 kN的跨中合龙顶力;通过调整钢束张拉顺序、二期恒载上桥时间以及预留体外预应力束等措施解决大跨梁的徐变下挠;通过设置梁端大位移伸缩装置及大位移活动支座适应梁体较大的水平位移。结果证明刚构连续梁的结构受力和变形均满足规范要求。