中小跨径板式橡胶支座梁桥新型隔震系统

为了解决中国采用板式橡胶支座中小跨径桥梁梁体移位震害严重的问题,在分析汶川地震中这类桥梁横桥向震害现象及破坏过程的基础上,总结板式橡胶支座摩擦试验及X形板弹塑性挡块拟静力试验成果,提出了中小跨径板式橡胶支座梁桥横桥向新型隔震系统。该隔震系统由板式橡胶支座和X形板弹塑性挡块组成,强震作用下通过板式橡胶支座滑动效应和X形板弹塑性挡块屈服减小地震能量输入,同时利用X形板弹塑性挡块传力可靠、滞回耗能能力稳定等特点,控制墩梁相对位移。选择一典型板式橡胶支座简支梁桥为研究原型,对采用新型隔震系统的简支梁桥抗震性能进行了振动台试验验证。结果表明:地震过程中新型隔震系统可大量耗散地震能量,有效控制墩梁相对位移,同时控制传递至下部结构的地震力,确保桥墩及基础免受严重损伤。     

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。     

耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能研究

为了提升梁式桥结构的抗震性能,提出了新型耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座(SCSLRB),并基于形状记忆合金(SMA)滞回特性提出了耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁减隔震参数设计方法。首先,基于OpenSees平台分别建立耗能型滑移铅芯橡胶支座(EDSLRB)与形状记忆合金索的数值模型,分析了往复荷载作用下的滞回响应,并与试验结果进行了对比,验证了数值模型的准确性,进一步建立了耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座数值模型。在此基础上,选取某3跨隔震连续梁桥,采用提出的减隔震参数设计方法,对耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座参数进行了优化设计,并基于支座最优参数进一步研究了减隔震参数设计方法的适用性与耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁的抗震性能。结果表明：新型耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座参数设计方法可有效得到隔震系统的最优参数;基于最优参数的新型耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁的自复位与耗能性能显著提升,能够实现主梁峰值位移、支座残余位移与桥墩地震剪力、弯矩的双重有效控制。其中,主梁峰值位移减幅达18.5%,支座残余位移显著减小,桥墩墩底剪力最大增幅仅为8.3%,支座耗能最大增幅达14.8%。研...     

弹性挡块对高墩T形连续梁桥抗震性能的影响

在采用了普通橡胶支座的情况下,使用有限元分析软件midascivil建立抗震分析模型对桥梁挡块进行抗震性能分析。分析结果表明采用合适的挡块刚度及挡块与梁间隙,对减轻桥梁结构的地震动力响应有着较好的效果。     

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。     

某连续刚构桥抗震与减震性能分析

高承载力隔震支座具有竖向承载力高、滞回耗能能力强等优点。文中以某主跨150 m连续刚构桥为研究对象,运用有限元软件MIDAS进行动力时程分析,对比仅布置滑动支座和布置滑动支座加高承载力支座两种体系时桥梁在E1和E2地震作用下的响应。结果表明,E1和E2地震作用下设置两种体系各关键截面均处于完全弹性范围内,布置高承载力支座的隔震体系时桥梁主梁位移和关键截面内力均不同程度减小。     

圆筒型缓冲装置设计方法研究

梁间碰撞是桥梁在地震中破坏的主要因素之一。随着抗震研究的进展,限位装置在桥梁中的应用研究也越来越多,但是以往的研究多局限于普通限位缓冲装置使用效果的定性研究,没有考虑具有耗能性能的装置的缓冲效果。该研究在试验的基础上提出了基于反应谱方法的具有耗能性能的圆筒型限位缓冲装置计算模型和设计方法,并采用动力时程分析方法对设计效果进行验证。研究表明圆筒型缓冲装置具有明显的缓冲效果,本设计方法是可行的,与普通缓冲装置相比,梁体与挡块之间的最大相对位移以及桥墩的塑性变形均有不同程度的减小。     

板式橡胶支座连续梁桥横桥向抗震性能研究

板式橡胶支座在我国中小跨径梁桥中应用广泛,主梁通常直接放置在支座上,在地震作用下板式橡胶支座与梁底会发生滑动。基于某板式橡胶支座连续梁桥,采用非线性时程分析方法,探讨只考虑横向挡块的刚性约束作用、只考虑支座的水平剪切刚度及考虑支座与梁底的滑动效应三种模拟方法对结构横桥向抗震性能的影响。结果表明:考虑板式橡胶支座与梁底的滑动效应后,由于两者之间摩擦耗能及滑动后支座的隔震作用,桥墩的地震力有了明显减小,同时主梁位移与支座变形也得到了较好的控制,结构的减隔震效果最好,是一种合理地震模拟方法。同时,为了保证充分发挥板式橡胶支座滑动后的减隔震作用,横向挡块与主梁之间的间隙应预留出支座滑动的位移要求,该结论可供工程实践参考。     

基于高阻尼橡胶支座的混凝土连续梁桥减隔震性能

将一种新型的高阻尼橡胶减隔震支座应用在连续梁桥上,以桥墩及桩基抗弯能力和支座位移等性能指标为研究对象,基于数值模型,着重分析非规则混凝土连续梁桥纵桥向的减隔震性能。为使全桥结构的地震需求规则化、均匀化,根据数值分析结果,优化了非规则连续梁桥的减隔震支座设计参数和布置方案,采用连梁装置和纵向限位挡块解决隔震产生的大位移,并对桩基础的设计方案进行了探讨。连续梁桥的减隔震设计兼顾了抗震性能和经济性的总体需求。计算模型考虑了场地土体刚度、支座非线性以及限位挡块的碰撞等,分析结果表明高阻尼橡胶支座具有较好的减隔震性能。     

考虑碰撞效应的混凝土连续梁桥纵向挡块参数分析研究

以中小跨度典型梁式桥为工程背景,利用有限元软件建立桥梁结构的多尺度模型,基于接触单元理论,提出能考虑碰撞过程中能量消耗的碰撞模型,考虑地震作用下桥梁结构梁体与纵桥向限位挡块间的碰撞效应,对比分析是否设置挡块,以及墩高、碰撞刚度、碰撞阻尼等对桥梁结构地震响应的影响。结果表明:设置纵向挡块之后,过渡墩的墩底剪力和墩顶位移有所增加,但墩梁相对位移大幅度降低,可很好地防止纵向落梁震害的发生;碰撞刚度的增大,会增大墩底剪力和墩顶位移,减小主梁位移和墩顶相对位移,对于与本文分析类似规模的桥梁,建议纵向挡块的碰撞刚度取10~8N/m较合适;纵向挡块的碰撞阻尼对桥梁的地震响应影响相对较小,在设计时可不予特别考虑。     

曲线连续梁桥抗震支座减震效果分析

减隔震技术能够有效地改善桥梁在地震力作用下的结构响应,提高桥梁结构整体抗震性能。该文以高烈度泉州地区多跨预应力混凝土连续曲线桥为分析对象,通过有限元软件建立三维有限元模型,采用非线性时程分析方法,对桥梁结构进行地震响应分析。对比分析非抗震支座设置模型与铅芯橡胶支座、高阻尼抗震支座设置方案,比较桥梁是否采用抗震支座时桥梁结构的地震响应效果。结果表明:抗震支座能够有效改善控制截面内力,减小地震力作用效果,提高桥梁结构抵御强震冲击的能力。     

直缝型后张预应力装配式UHPC挡块抗震性能研究

针对常规普通混凝土挡块在震后修复较困难的问题，提出一种适用于中小跨径桥梁结构的可替换直缝型后张预应力装配式超高性能混凝土（UHPC）挡块结构形式。设计并制作了4组装配式UHPC挡块模型试件，分别进行拟静力破坏试验，探讨了加载高度、挡块厚度和预应力初张力大小对后张预应力装配式UHPC挡块抗震性能的影响。然后，建立ABAQUS有限元分析模型并与试验结果进行校核验证，通过一系列有限元参数分析研究了挡块摩擦因数、荷载加载高度、预应力初张力值和UHPC挡块厚度对新型挡块转动机制的影响机理。研究结果表明：装配式UHPC挡块具有良好的抗震位移能力和自复位功能；挡块与盖梁间的摩擦因数对挡块转动性能的影响可忽略不计；加载高度增加会导致挡块转动临界荷载和承载能力下降；增加挡块厚度能显著提升挡块自身强度，降低挡块地震损伤；增大预应力初张力大小能够提高挡块的临界转动荷载和承载能力；进行后张预应力装配式UHPC挡块设计时，可直接利用预应力初张力和加载高度等参数来估算挡块的设计临界转动荷载。     

钢板-板式橡胶复合式减隔震支座性能分析及工程应用

为实现桥梁的抗震韧性,满足防震减灾的高质量、高性能要求,基于减隔震原理将钢板的屈曲特性与板式橡胶支座的力学性能相结合,提出了一种新型钢板-板式橡胶复合式减隔震支座.该新型支座由板式橡胶支座与外围钢板组成,钢板可提供抗剪刚度,且具有耗能能力.通过有限元软件建模,研究了新型支座的滞回曲线、抗剪刚度、骨架曲线等力学特性,并基...     

地震作用下高墩桥梁横向碰撞效应研究

为提升高墩大跨连续刚构桥的防震减灾能力,对其合理的减震措施进行研究。以我国西部山区强地震带一座高墩大跨桥梁为例,利用SAP2000Nonlinear有限元程序建立桥梁结构空间非线性计算模型,分析其横向地震响应规律及其碰撞效应。分析结果表明:对于高墩大跨连续刚构桥,在过渡墩墩顶设置弹性挡块时,很难实现对过渡墩与刚构墩地震响应的有效控制,且碰撞产生的撞击力极易使弹性挡块破坏,从而失去限位功能;在过渡墩墩顶设置弹塑性挡块,并选取适当的挡块屈服强度,可有效地控制过渡墩、刚构墩地震响应以及上部结构位移。     

输入地震动维数对FPB隔震曲线桥地震反应的影响

为了研究摩擦摆支座隔震曲线桥梁地震反应的空间耦合效应,分析了输入地震动维数对摩擦摆支座隔震曲线桥梁地震反应的影响.基于空间有限元方法,采用能考虑动轴力影响的多维耦合FPB恢复力模型,以一座2联6跨的预应力混凝土连续箱梁桥为例,输入3条强震记录,分别进行了一维、二维及三维地震动下的非线性时程反应分析及其对比分析.结果表明:输入地震动维数引起的耦合效应对隔震曲线桥梁的地震反应有重要影响;输入地震维数对支座的力-位移滞回曲线形状有较大影响;FPB隔震曲线桥的支座位移大小与输入地震动的维数有关.     

弹塑性钢减隔震支座在桥梁抗震设计中的应用

为了给桥梁抗震设计提供参考,以减轻桥梁结构在地震中遭受的损伤,介绍一种弹塑性钢减隔震支座(NDQZ)的结构特点及其减隔震原理,并以(83+140+83)m双塔双索面预应力混凝土斜拉桥为实例进行减隔震分析。采用有限元分析软件SAP2000建立全桥有限元模型,在E2地震状态下分别进行非减隔震支座桥梁和NDQZ支座桥梁地震动力时程分析。结果表明:NDQZ支座可实现全桥协同抗震,减隔震效果良好;采用NDQZ支座后,桥梁前3阶自振周期平均延长133%,在顺桥向和横桥向墩底弯矩分别减小了40%和83%,墩底剪力分别减小了39%和70%;承台底弯矩分别减小了39%和74%,承台底剪力分别减小了34%和60%;弯矩和剪力分布均匀。     

基于能力需求比法的矮墩大跨度PC连续梁桥延性和减隔震设计评价

针对墩身刚度差异明显的大跨度连续梁桥合理抗震体系选择的问题,以一座跨径布置为(90+150+90)m的矮墩变截面PC连续梁桥为工程背景进行分析.对比分析了在E2地震下采用延性抗震体系和利用摩擦摆支座的减隔震体系下桥梁关键构件的地震响应,然后运用能力需求比法对两种抗震设计下桥梁安全状态进行评价.结果 表明:采用延性抗震体系,制动墩承担较大地震力,桥墩虽保持弹性,但桩基和支座破坏,桥梁处于危险状态;利用摩擦摆减隔震支座进行减隔震设计,各墩地震水平力分担均匀且地震水平力有效减小,墩柱处于弹性状态,桩基和支座完好,桥梁处于安全状态.对于墩身高度矮,墩身刚度差异显著的大跨度PC连续梁桥,设置摩擦摆减隔震支座,可以改善结构抗震性能,满足桥梁在地震作用下的性能目标.     

双重挡块式分散抗震装置设计及实验研究

基于多个部件共同承担地震作用的思路,研究提出在活动支座墩上设置双重挡块式分散减震装置,使活动支座墩与固定支座墩一起承担部分地震作用。根据耗能构件的刚度及耗能要求,利用H型钢的承载能力和开孔钢板的耗能能力设计了两种耗能构件,并通过耗能构件的拟静载试验,得到了构件的力-位移滞回曲线。试验结果表明,耗能构件力-位移滞回曲线饱满,具有较好的耗能能力和承载能力,有限元分析时耗能构件可简化为双线性模型进行分析。     

防落梁装置对隔震桥梁地震相应的影响

该文通过对桥梁防落梁装置的分析研究,讨论了防落梁装置的刚度、强度和桥墩地震相应的关系,及在隔震设计的桥梁上的应用,并提出了“两水准”挡块的设计思想。     

新型组合结构高墩的静力学分析方法

特大跨桥梁的塔柱以及超高桥梁的墩柱通常采用薄壁截面形式,以克服自重过大的问题。当薄壁墩柱遭遇强地震作用时,通过墩柱产生塑性铰来耗散地震能量,保护整体结构的安全性。但薄壁墩柱存在耗能能力有限、修复困难的缺陷,为便于概念设计,通过对该结构体系进行力学简化,使用连续连杆法对受力特征进行分析,建立了相应的力法方程并对其理论求解方法进行推导;根据位移等效原则,求解出顶部受集中力的悬臂墩等效惯性矩,便于计算顶部位移;提出了比例参数的概念,用于结构构件进行参数优化,可方便、有效地实现结构的力学性能设计;为验证连续连杆法、等效惯性矩计算方法的可靠性,进行了有限元数值分析。研究结果表明：解析解与试验结果及有限元分析结果吻合较好;提出的新型自耗能高墩兼具较大的耗能能力和可恢复性的优势;采用连续连杆法分析新型自耗能高墩结构体系的内力和位移是可行的。所得结果对新型自耗能高墩结构体系的设计具有指导性,利用等效惯性矩求解结构的顶点位移可以很好地满足设计精度要求。