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。     

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...     

粘滞阻尼器在斜拉桥减震设计中的应用

介绍了斜拉桥减震设计的思想以及粘滞阻尼器在斜拉桥减震设计中的应用,并以一座斜拉桥为例,在相同的地震波作用下,对飘浮体系、弹性约束体系和加粘滞阻尼器的半漂浮体系分别进行时程分析,比较了3种体系梁端及桥塔的水平位移、水平惯性力和桥塔的受力情况。研究表明:粘滞阻尼器能够改善斜拉桥的动力特性,不仅使得结构的位移和受力都是最小,而且提高了斜拉桥的抗震能力和耐久性,这种体系最能符合斜拉桥的减震设计思想。     

黏滞性阻尼器对千米级斜拉桥纵向减震效果的振动台试验研究

为了研究千米级斜拉桥纵向采用黏滞性阻尼器的减震效果,以一座主跨1 088 m的斜拉桥为工程背景,按相似理论设计制作了一座几何缩尺比为1：35的全桥振动台试验模型,通过改变塔梁间的连接方式,建立了塔梁间纵向无约束的非减震体系和塔梁间纵向采用黏滞性阻尼器的减震体系,选用4条具有代表性的地震动进行了4个振动台纵向一致激励的全桥振动台试验,然后将不同地震动输入下2种体系的试验结果进行对比分析。试验结果表明：千米级斜拉桥纵向无约束体系的地震响应受输入地震动的特性影响较大,对于长周期成分丰富,特别是对应于结构一阶周期的加速度谱和位移谱谱值较大的地震动,结构的地震响应较大;千米级斜拉桥非减震体系的地震响应同样也受输入地震动特性的影响较大;纵向采用黏滞性阻尼器的减震体系可以减小结构的梁端位移、塔顶位移以及塔底钢筋应变,但输入地震动的特性会影响黏滞性阻尼器的减震效果,对于特征周期较长、长周期成分丰富的地震动,黏滞性阻尼器的减震效果较好,而对于有明显速度脉冲的地震动,黏滞性阻尼器的减震效果相对较差,当地震动峰值加速度PGA为0.4g时,在场地人工地震动、Loma Prieta地震动作用下,梁端最大位移分别减小了62.41%、37.75%;对于有明显速度脉冲的地震动,需要选择阻尼系数更大的黏滞性阻尼器。     

粘弹性阻尼器在异型拱桥中的减震控制

以异型拱桥为例,采用大型通用有限元软件对其进行动力分析,着重考虑其在地震作用下的响应,并采用粘弹性阻尼器对其进行耗能减震控制。采用最不利位置内力、位移作为评价指标。结果表明,异型拱桥在多维激励作用下采用粘弹性阻尼器的减震效果是明显而有效的。     

曲线连续梁桥的磁流变阻尼器减震控制

建立双支承曲线连续梁桥的空间有限元模型和减震控制动力仿真模型,根据连续梁桥的支座布置在各活动支座的切向设置8组磁流变阻尼器,在纵桥向输入3种不同频谱特点的地震动,计算分析了曲线连续梁桥地震反应主动控制、半主动控制和被动控制方法的减震效果.结果表明,磁流变阻尼器能够有效地减小曲线梁桥的主梁切向位移和固定墩墩底的弯矩与扭矩...     

分层剪切式铅阻尼器耗能性能研究

为解决现有铅阻尼器耗能能力较低、滞回循环少的问题,设计了分层剪切式铅阻尼器,并对其进行了剪切试验研究和模拟分析.试验结果表明,该阻尼器有较好的耗能性能,极限位移大,能够较好满足工程需求;结合模拟分析,该阻尼器铅芯会在首层和底层首先发生屈服,然后逐渐变形流动,当上层变形达到外部卡环限值,卡环会将剪力依次传导至下层,形成分...     

金安金沙江大桥地震响应及阻尼器减震耗能应用研究

对特大跨径悬索桥,为保证其在地震作用下桥塔始终维持弹性受力,且有效控制梁端位移,以云南金安金沙江大桥为工程背景,采用空间梁单元和桁架单元,考虑多种非线性因素,建立有限元模型,通过E2地震作用下反应谱分析结果得到地震响应规律,进而对阻尼器参数进行比选并研究其减震效果。研究结果表明:桥塔最不利位置在塔底部;阻尼速度指数确定后,阻尼常数增加则塔底弯矩、塔顶位移、梁端位移及阻尼器位移减小,阻尼常数较小时,其变化对减震效果敏感,随着阻尼常数增大,效果趋于平稳,塔底弯矩、塔顶位移、梁端位移达到最小值后出现增长趋势;采用黏滞阻尼器后,华坪侧塔底纵向弯矩减幅达18%、塔顶纵向位移减小34.5%、梁端、跨中及支座纵向位移减幅均在60%以上,减震效果显著。     

铅芯橡胶支座在桥梁减震中的应用研究

建立了铅芯橡胶支座滞回特性的等效线性化模型,并且给出了这种减、隔震装置的设计参数的计算方法与合理的取值范围。并通过实例分析得出铅芯橡胶支座具有良好的减、隔震效果:在相同的条件下,对同一地震波,采用板式橡胶支座时的响应峰值是采用钢支座的52%～76%,而采用铅芯橡胶支座时的响应峰值是板式橡胶支座的50%～80%、是钢支座的30%～50%。     

桥梁板式橡胶支座与粘滞阻尼器组合使用的减震性能研究

在分析几种减隔震装置的减震耗能机理的基础上．提出了粘滞阻尼器与板式橡胶支座组合使用的减震措施,并利用非线性时程地震反应分析方法。对这种组合装置的减震性能进行了研究。为了研究阻尼系数、阻尼指数和周期对减隔震桥梁地震反应的影响。本文做了大量的参数分析。研究结果表明．组合使用板式橡胶支座和粘滞阻尼器,既能显著地减小结构地震力。又能有效地控制梁体位移及墩、梁相对位移。     

外置耗能器对自复位预制RC桥墩抗震性能的影响研究

以中国已建成的首座震后自复位桥梁-京台高速(北京段)黄徐路跨线桥为背景,结合自复位结构和装配式结构的特点,发展自复位预制RC桥墩新型结构.设计并制作对桥墩抗侧强度贡献率分别为0,20％ 及40％ 的3组外置耗能部件,并对3组自复位桥墩进行水平拟静力往复试验研究.通过桥墩变形和损伤演化过程、力-位移滞回曲线、骨架曲线、试...     

铅芯橡胶支座在高烈度山区简支梁桥中的减隔震研究

高烈度山区简支梁桥的减隔震设计不可忽视。采用铅芯橡胶支座作为减隔震支座,主要研究了该减隔震支座对桥梁结构的周期、墩顶与主梁之间的位移差、墩底以及墩顶的剪力和弯矩的影响。得出的结论是：铅芯橡胶支座可以延长桥梁结构的周期,降低结构的刚度;同时可以大大减小桥墩墩顶、墩底的弯矩和剪力值,但墩顶与主梁的位移差会增大。     

方形铅芯橡胶支座力学性能试验研究及隔震桥梁地震响应分析

为开发出能更好适用于桥梁隔震的支座,对方形铅芯橡胶支座进行了力学性能试验,并与铅芯橡胶支座力学参数理论公式计算的结果进行了对比,吻合较好,从而为方形铅芯橡胶支座的设计提供依据。在此基础上以某一四跨连续梁桥为例计算其地震响应,分析了方形铅芯橡胶支座的隔震效果。研究表明,方形铅芯橡胶支座性能稳定、力学性能良好、安装方便、隔震效果好,是一种理想的桥梁隔震装置。     

非线性粘滞阻尼器对大跨CFRP索斜拉桥抗震性能影响研究

为探讨碳纤维复合材料(CFRP)索斜拉桥的阻尼器减震控制适用性及设计参数选取,以苏通大桥为背景,建立钢索斜拉桥的有限元模型,根据等轴向刚度准则换索得到CFRP索斜拉桥模型。采用时程分析法对所取目标函数作参数敏感性分析,并对2种索的斜拉桥减震控制效果进行比较,得到粘滞阻尼器设计参数的合理取值范围。分析表明:主梁端附加阻尼器对斜拉桥结构的减震控制有很好的补充作用;阻尼器参数相同时,CFRP索斜拉桥可获得较优的减震效果。     

MR阻尼器对斜拉索减振控制的数值仿真

为控制斜拉索的大幅振动,在Hamilton原理基础上应用Galerkin法建立了斜拉索振动控制的计算模型。通过改进形函数,采用四阶五级RK算法对钱江三桥南岸154 m长的斜拉索进行了现场试验的数值仿真。磁流变(MR)阻尼器力学关系采用由室内试验结果回归的非线性滞回双粘性数学模型,系统等效阻尼比通过希尔伯特变换识别。分析表明:数值仿真对现场试验具有很好的指导作用,同时能进一步验证现场试验的结果。MR阻尼器作为被动控制器件时制振效果明显,与最优油阻尼器控制效果相当且控制的频域范围要比油阻尼器的广;当供电失效时也可满足斜拉索减振的要求。斜拉索的各阶共振峰频率在安装MR阻尼器后略微增大。MR阻尼器在施加一合适的电压时可以发挥最佳的制振效果。     

CFRP索大跨斜拉桥的非线性地震响应控制分析

为探讨碳纤维增强塑料(CFRP)索斜拉桥与普通钢索斜拉桥的地震响应控制优劣性,基于现有试验,以苏通长江公路大桥为参考建立有限元模型,采用等轴向刚度准则换索,并在墩梁、塔梁处设置弹性连接装置和阻尼器作为减震装置;基于弹塑性抗震理论和地震响应分析结果,通过对目标函数作参数敏感性分析,获得不同配索斜拉桥对应于各减震装置的合理设计参数,并比较2种索斜拉桥减震控制的优劣。结果表明:选取相同减震设计参数时,CFRP索斜拉桥可获得较优的减震效果;阻尼器的减震效果比弹性连接装置更优,尤其在内力控制方面。     

消能自复位摇摆框架墩结构地震反应及易损性分析

摇摆构造可限制结构的地震损伤和残余位移,从而提升结构的震后恢复能力。以消能自复位摇摆框架墩结构为研究对象,基于摇摆刚体假定,建立消能自复位摇摆框架墩结构的动力分析模型,并通过试验结果验证了该模型的有效性。模型中采用拉格朗日方程推导出结构的运动学方程,并考虑了桥墩复位碰撞所造成的速度折减以及预应力束和阻尼器的失效。以黄徐路摇摆桥梁结构为工程背景,对消能自复位摇摆框架墩结构进行实例分析、参数分析和易损性分析。实例分析和参数分析结果表明：阻尼器和预应力束的联合应用可减小结构的位移反应,阻尼器刚度的量纲一化参数（ρ_d）越大则结构减震效果越好,且在脉冲近场地震作用下的减震效果更为明显。针对阻尼器屈服、阻尼器失效、预应力束失效和结构倒塌4个极限状态的易损性分析的结果表明：在E1地震作用下,阻尼器失效、预应力束失效和结构倒塌的发生概率极小;在E2地震作用下,阻尼器极易发生屈服,阻尼器失效和预应力束失效的概率小于20%,结构倒塌的发生概率近乎为0;在脉冲近场地震作用下,ρ_d增大可降低各极限状态的发生概率,预应力束刚度的增大对各极限状态的发生概率影响较小,预应力束初始应力的增大会增加预应力束失效的发生概率。