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.     

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。     

考虑温差效应的铁路连续梁桥锁死销减震研究

铁路连续梁桥一般只设一个固定墩,并由其承担上部结构的全部地震纵向荷载,这极易造成固定墩和伸缩缝破坏,甚至造成引桥落梁。基于连续梁桥活动墩的抗震潜能,提出在各活动墩与梁体之间设置锁死销连接装置。地震时,活动墩和固定墩协同受力,提高连续梁桥的整体抗震性能。以某典型铁路连续梁桥为例,研究锁死销的减震原理及对活动墩的影响,分析跨度、跨数以及温差对锁死销减震效果的影响。研究表明:在地震作用下锁死销可有效降低固定墩的内力响应和梁端纵向位移响应,明显提高连续梁桥的整体抗震性能;对于常规铁路连续梁桥,锁死销的减震效果受温差的影响较小,可以按年平均温度进行设置。     

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。     

改建铁路包兰线砂金坪黄河特大桥地震响应分析

改建铁路包兰线砂金坪黄河特大桥位于八度地震区,为了探索该桥的动力特性,建立了动力模型,分别采用反应谱法和时程分析方法进行抗震分析,得到该桥的地震反应,对研究中大跨度连续钢桁梁的抗震设计有重要的指导意义。为达到减震的目的,本桥主墩顶采用了速度锁定装置进行减震设置。     

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。     

近场地震作用下铁路减震桥梁地震响应研究

为分析近场地震作用下的铁路减震桥梁顺桥向地震响应特性,用远场地震叠加三角函数型速度脉冲的方法模拟近场地震波,根据结构的弹塑性地震响应计算结果研究速度脉冲的波形、出现位置、脉冲时间对结构地震破坏的影响。结果表明:近场地震作用下铁路减震桥梁的减震效果降低,且支座的地震位移显著增大;速度脉冲波形、脉冲波发生时刻以及脉冲持续时间对桥梁地震响应有较大的影响;结构地震响应的最大值与地震波的SI值有较强的相关性,但与PGV/PGA值的相关性不明显;考虑限位装置地震碰撞效应以后,虽然支座地震位移得到了控制,但带来墩底剪力显著增大的问题;缓冲措施可以减小因碰撞引起的墩底剪力。     

长联大跨公铁两用桥减隔震设计研究与应用

公铁两用桥通常位于跨越大江大河的咽喉位置,是重要的生命线工程。不同于斜拉桥和悬索桥等柔性结构本身具有长周期的特点,长联大跨公铁两用连续梁桥质量大、刚度大、抗震设防类别高、抗震设计困难,且超出了现行规范的适用范围。为研究这类结构的抗震设计方法及减震效果,以郑济铁路黄河公铁两用桥为项目背景,从概念设计的角度确定结构的抗震体系,研究长联大跨公铁两用连续钢桁梁桥的减隔震设计方法。通过减隔震设计和地震位移控制,安全评估地震作用下,中墩基础剪力反应减小40%以上,弯矩减小50%以上,支座地震位移约250 mm。实现了功能评估地震作用下保持正常使用状态,安全评估地震作用下保证生命安全、震后可恢复的性能目标。     

主跨532m公铁两用斜拉桥的地震响应及阻尼器减震效果研究

以我国首座跨海公铁两用钢桁斜拉桥——元洪航道桥(主跨532 m)为研究对象,采用空间板梁单元法建立有限元模型,对该桥地震响应特征及阻尼器减震效果等进行了研究。结果表明:大跨度斜拉桥动力特性分析除应考虑拉索垂度效应外,也应同时考虑梁—柱效应;动力特性分析时宜优先采用多重Ritz向量法,以使振型参与质量更快达到抗震计算要求;不同地震水平下,边墩和辅助墩的墩底、主塔塔底和下横梁附近截面将承受较大弯矩,为地震易损部位;N4#塔梁间设置纵向黏滞阻尼器后,罕遇地震作用下N3#主塔(支座纵向固定)顺桥向弯矩、结构纵向位移均明显减小,最大减幅分别达40.6%和44.8%,减震效果明显。     

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。     

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。     

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。     

罕遇地震作用下高速铁路简支梁桥抗震性能分析

简支梁桥在高速铁路中占到了极高的比例,其抗震性能值得深入研究。结合西部高速铁路中典型的简支梁桥结构形式,建立不同墩高的高速铁路多跨简支梁桥的全桥空间分析模型,在模型中采用纤维单元模拟桥墩,并对固定支座锚固螺栓在罕遇地震作用下可能被剪断的力学特性予以适当的模拟,采用非线性时程方法分析高烈度地震区内该类桥梁在罕遇地震作用下的弹塑性地震响应,讨论该桥的损伤模式。分析结果表明:相比纵桥向地震作用,墩高20 m以内的高速铁路大跨度简支梁桥在横桥向地震作用下的桥墩损伤程度更大;整体看来桥墩具有较好的抗震性能,而合理控制支座锚固螺栓被剪断后主梁所产生的较大位移将成为铁路简支梁桥抗震设计中的重点。     

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。     

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。     

地基柔性效应对铁路连续梁桥弹塑性地震反应的影响

以某高速铁路大跨连续梁桥固定墩纵桥向的弹塑性地震反应为研究对象,建立考虑地基柔性约束效应的单墩动力计算模型,分析地基柔性效应对桥墩动力特性及弹塑性地震反应的影响规律。结果表明:地基比例系数m值的改变对桥墩的1阶自振频率影响较明显;随着地基比例系数m值的降低,墩顶位移及基底位移逐渐增加;地基越软,桥墩的弹塑性地震反应有增大的趋势。为了更加合理的描述桥墩的塑性状态,建议对软土场地桩基础钢筋混凝土桥墩进行延性抗震设计时,优选墩底曲率延性指标进行评价。     

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。     

桥梁抗震分析中动水压力的计算

用势流体单元模拟水体,采用数值分析方法计算分析地震动水压力。采用Morison方程法,以附加质量的形式考虑动水压力。运用两频段选波方法,选取美国Spitak(1988)和Imperial Valley(1979)2条地震波,进行深水桥墩地震响应分析,研究动水压力对深水桥墩地震响应的影响。结果表明:在地震作用下,动水压力显著增大桥墩的墩顶位移和墩底内力响应,且使地震响应峰值出现的时刻有所改变。在进行抗震设计时考虑动水压力的作用是非常必要的。通过对实际桥墩的分析,验证Morison方程法在深水桥墩地震响应分析中的有效性,说明按照我国现行铁路工程抗震设计规范中的计算方法得出的深水桥墩地震响应结果偏低。     

站桥合一地铁高架车站抗震性能分析

以北京某地铁高架车站为背景,建立了有斜撑与无斜撑站桥合一高架车站的有限元计算模型,分析了高架车站上、下层墩柱在地震作用下的位移响应。结果表明,地震作用下,有斜撑站桥合一高架车站与无斜撑站桥合一高架车站相比,墩柱顶部的竖向位移相差较小,斜撑对站桥合一高架车站竖向抗震作用并不明显;与无斜撑站桥合一高架车站相比,有斜撑站桥合一高架车站上层墩柱的横纵向水平位移响应有大幅降低,车站结构在水平方向上的抗震性能提高较大;有斜撑站桥合一高架车站的结构整体性更好,抗震性能更强,结构形式更合理。