高铁桥梁典型减隔震装置及其减隔震效能研究

论述了高铁桥梁进行减隔震设计的原理和必要性,介绍了国内外桥梁进行减隔震设计的标准规范和最常采用的装置以及国内在常用减隔震装置上取得的进展。对常见高铁简支梁桥缩尺模型,针对性地设计制造了摩擦摆支座和粘滞阻尼器,进行了中、低墩的振动台试验,试验数据表明其相对普通球型支座都具有良好的减隔震效能,摩擦摆支座尤其适合低矮墩结构,粘滞阻尼器尤其适用于高柔墩结构。文中还指出了摩擦摆支座剪力销结构的设计要点以及粘滞阻尼器设计中的注意事项。     

高速铁路简支梁桥减隔震研究

研究目的:近年来,为满足人们对交通运输的需求,高速铁路工程事业正蓬勃发展,相应的高速铁路抗震问题也引起越来越多的学者们的关注。但是,一般的减隔震装置难以满足高速铁路地震时行车安全性的严格要求。基于此,本文针对罕遇地震作用下的高速铁路简支梁桥提出一种新型减隔震系统,并对新型减隔震系统的动力设计参数进行优化设计,使其更好地服务于高速铁路桥梁。研究结论:(1)在LRB性能参数的可行域内能够获得满足本文分析模型约束条件的最优解,因此优化设计提高了新型减隔震系统的控制效果,可降低生产成本;(2)新型减隔震系统对强震下高速铁路简支梁桥地震响应具有良好的控制效果,新型减隔震系统可在减少梁端纵向位移、保证桥墩不屈服的基础上,使桥墩底部的弯矩最小化;(3)在高速铁路简支梁桥的减隔震设计中,梁端纵向位移和桥墩剪力是主要约束条件,对新型减隔震系统性能参数最优解的选取起着重要作用;(4)利用SQP算法求解本文建立的优化设计模型,最优解收敛迅速且稳定;(5)该研究结论可为减隔震技术在高速铁路简支桥梁中的设计和应用提供全新的思路与手段。     

高速铁路梁桥减隔震研究

研究目的:高速平稳行车的安全性、舒适性、巨大的列车活荷载对高速铁路桥梁支座的性能有着严格要求,一般的减隔震装置难以满足要求。因此,本文提出功能分离的设计理念,研发适用于高速铁路桥梁的功能分离型减隔震系统,并采用振动台试验验证功能分离型减隔震系统对高速铁路简支梁桥地震响应的控制效果。研究结论:(1)功能分离型减隔震系统工作后,桥面峰值加速度在不同烈度下减少幅度达30%~51%,证实了功能分离型减隔震系统的有效性,台面加速度被削弱程度仅与地震输入烈度大小有关,与输入地震波特性无关;(2)功能分离型减隔震系统工作机制遵循了本文建议的基于功能分离型减隔震系统的高速铁路桥梁减隔震设计原则;(3)地震强度对功能分离型减隔震系统的最大水平滑动位移影响较大,最大水平滑动位移随着地震强度的增大而增加,功能分离型减隔震系统复位状况良好,发挥了良好的滞回耗能和提供了足够的恢复力的功能,阻止能量向桥梁上部结构的传递;(4)调节功能分离型减隔震系统中的铅芯橡胶支座的水平刚度,可有效减小梁体在地震作用下的水平位移,提高功能分离型减隔震系统的适用性是进一步研究内容;(5)该研究结论可为减隔震技术在高速铁路简支桥梁中的设计和应用提供全新的思路和手段。     

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。     

双曲面球型减隔震支座在城市轨道交通桥梁中的应用

对晋中—太原城市轨道交通L2号线高架桥梁采用双曲面球型减隔震支座进行抗震设计。利用MIDAS建立有限元模型,采用反应谱法、非线性时程法计算在多遇地震、罕遇地震作用下的地震反应。地震分析结果表明:在多遇地震下支座未被剪断,结构受力与普通支座一致,结构处于弹性工作状态;在罕遇地震作用下支座被剪断,双曲面减隔震支座发挥减隔震作用,结构仍处于弹性工作状态。与延性设计相比,采用双曲面减隔震的桥梁能有效降低地震反应,避免结构构件的损伤、震后修复困难等问题,能产生很好的经济效益和社会效益。双曲面球型减隔震支座应用于城市轨道交通桥梁工程中,可为今后地质条件复杂及地震高烈度城市地区的轨道交通桥梁提供设计依据,也可为今后相关设计规范、标准的修订提供技术支持。     

轨道交通高架桥梁减隔震分析与应用

阐述E型钢减隔震支座的减震机理,通过非线性时程分析,证明轨道交通减隔震体系的有效性与可靠性,说明应用减隔震支座的桥梁减隔震体系可大幅减小地震力,并消除不确定因素对抗震设计的影响,从而提高结构的抗震安全性和设计的经济性。实践表明,减隔震技术在轨道交通领域的成功应用,将为我国轨道交通抗震设计开辟一个新领域,进而提高轨道交通高架桥梁的抗震防灾能力。     

减隔震规则桥梁的模态分析方法研究

为改善模态分析方法应用于减隔震规则桥梁的计算精度,以高速铁路典型简支梁桥为研究背景,基于位移反应谱提出一种能够考虑高阶模态的分析方法。通过选取强震记录调整后进行非线性时程分析,与现有的基于加速度反应谱和基于位移反应谱的单模态简化分析方法进行计算精度的比较。分析结果表明,相比常规的单模态分析方法,考虑了高阶模态后的基于位移反应谱多模态分析方法更为准确。基于加速度谱的单模态分析方法严重低估了墩顶位移,误差超过60%;仅考虑基阶模态的基于位移反应谱的分析方法将低估墩底剪力,误差超过30%,造成设计偏于不安全;而基于位移反应谱的多模态分析方法能够更为准确地估算各项地震响应参数。     

高速铁路简支梁钢阻尼减隔震支座设计与试验研究

基于减震、隔震原理,通过在球型钢支座上加装软钢屈服器类型的减震榫阻尼元件,研发一种适用于高烈度区高速铁路简支梁的钢阻尼减隔震支座。支座具有结构简单、物理模型明确、减隔震及耐久性能优异、能适应减震大位移要求、方便震后更换等特点。试验结果表明：支座竖向变形、摩擦系数和剪力销破断力实测值小于设计值,符合铁道行业标准和设计要求;支座滞回曲线形状较饱满,塑性变形能力很强,在多次循环荷载作用下仍具有良好耗能能力;支座减震率随地震强度增加而增大,完全能满足桥梁在罕遇地震工况下的减隔震性能要求。结合工程实例进行计算分析,结果表明支座减隔震效果明显,与振动台试验结论基本一致。     

基于摩擦摆支座的高速铁路 连续梁桥减隔震研究

为改善铁路桥梁的横向抗震性能,以高速铁路三跨连续梁桥为例,采用ANSYS软件,建立横向碰撞有限元模型,开展摩擦摆支座的减隔震研究。模型中考虑轨道系统(CRTSⅡ型)约束作用、支座非线性、墩柱弹塑性及桥梁两侧简支梁和路基段的影响。采用非线性地震反应时程分析方法,分析轨道系统约束作用对桥梁结构横向地震响应的影响,探讨挡块-垫石间距及摩擦因数和球面半径对摩擦摆支座隔震性能的影响,并比较2种隔震方案的减震效果。研究结果表明:轨道系统约束作用会改变桥梁结构的动力特性与地震响应,放大墩底剪力横向分配的不均匀性;适当增大挡块-垫石设计间距,可确保摩擦摆支座充分发挥隔震性能;结构横向地震响应对摩擦摆支座摩擦因数的变化较其球面半径变化敏感,且摩擦因数取用0.03～0.04较为合理。     

桥梁大阻尼双曲面球型减隔震支座设计研究

以满足高烈度地震区大跨度连续梁桥抗震设计为目的,综合考虑桥梁支座地震位移、减隔震效果和支座抬高量等因素,设计将三摩擦副双曲面球型减隔震支座与黏滞阻尼器组合,形成大阻尼双曲面球型减隔震支座,以期达到两种产品结构集成和功能集成的效果。通过建立有限元计算模型,对双曲面球型减隔震支座和大阻尼双曲面球型减隔震支座的使用情况进行对比分析,并进行大阻尼双曲面球型减隔震支座试验,结果均表明大阻尼双曲面球型减隔震支座具有更好的减震性能。     

高速铁路桥梁支座视频检查装置

检查装置采用立竿拼接的方式把高清网络摄像机送到不同高度的桥梁支座处,通过无线路由器、视频控制及网络传输模块,将视频实时传送至计算机进行图像抓拍并存档。2011年9月起在京沪高铁南翔段进行现场试验。试验表明:系统整体工作稳定,操作简便,抓拍图像清晰。     

高速铁路多跨长联矮塔斜拉桥减隔震设计研究

多跨长联连续梁结构存在固定墩地震力大、延性部位震后不易恢复等问题,在高烈度震区抗震设计存在困难。为了解决高速铁路多跨长联矮塔斜拉桥的抗震设计问题,以某(65.65+8×110+65.65) m单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥为研究对象,采用非线性时程积分方法,对单固定墩、刚构连续梁和摩擦摆支座隔震3种不同的抗震体系方案进行分析比选。研究结果表明,采用摩擦摆支座隔震体系方案优势明显,在地震作用下,与单固墩体系相比,桥墩横桥向墩底弯矩普遍减小70%以上,固定墩纵桥向墩底弯矩减小约80%;进一步通过摩擦摆隔震支座参数分析,确定了合适的支座参数,获得较好的支座变形量、墩顶剪力,减隔震效果明显。因此,在桥墩剪跨比小、下部结构刚度大的情况下,设置摩擦摆隔震支座后,可显著减小地震时下部结构的地震响应,使各个桥墩受力均匀,同时通过合理的支座设计可满足大震位移需求,并具有足够的自复位能力。     

九度地震区近断层高速铁路简支梁桥减隔震支座系统研究

通过对渝昆(重庆—昆明)高速铁路九度地震区近断层地震动人工地震波进行反应谱分析,发现近断层地震动比远场地震动对高速铁路简支梁桥结构安全威胁更大,提出采用双曲面球型减隔震支座+剪力榫组合的减隔震支座系统进行抗震设计,并对其减震原理予以阐述。以近断层人工地震波为地震动输入,分别对10 m高实心墩和20 m高空心墩的五跨简支梁进行非线性时程分析。以普通支座作为参照,对比分析双曲面球型减隔震支座和双曲面球型减隔震支座+剪力榫组合的减隔震支座系统的减震性能。结果表明,九度地震区近断层高速铁路简支梁桥须采用减隔震支座系统才能满足结构抗震设计要求。     

高速铁路桥梁支座视频检查装置研制与应用

针对高速铁路桥梁支座检修存在的问题，提出采用碳纤维材料传送杆拼接把摄像系统升至指定位置，通过操作应用软件，以无线方式实现对有隐患支座部件视频抓拍存贮，便于蹲后分析处理。     

双曲面球型减隔震支座在刚构连续梁桥中的应用

结合处于高烈度地震地区的某(48+4×80+48)m刚构连续梁桥的工程实例,分析表明对高烈度区的长联多跨刚构连续梁桥进行常规抗震设计往往无法达到抗震设防目标。应用双曲面球型减隔震支座进行减震设计,可以有效地降低抗震设计控制截面的内力,使结构设计更容易满足抗震规范的要求。同时分析了双曲面球型减隔震支座的两个主要参数摩擦系数和球心距对刚构墩减震效果的影响。对于同一个球心距,刚构墩墩底的顺桥向弯矩响应、墩顶的顺桥向位移响应随摩擦因数的增大而减小,横桥向弯矩响应、横桥向位移响应随摩擦因数的增大而增大;对于同一个摩擦因数,随着球心距的增加,刚构墩墩底的顺桥向、横桥向弯矩响应以及墩顶的横桥向位移响应均呈现减小趋势,而刚构墩墩顶的顺桥向位移响应呈现先减小后增大的趋势。     

高速铁路大跨度钢桥梁端伸缩装置设计研究

高速铁路大跨度钢桥的梁端纵向伸缩量大且变位复杂,需设置钢轨伸缩调节器与梁端伸缩装置。为保证梁端区域行车安全平稳,开展了梁端伸缩装置总体方案和结构构造设计研究,提出了基于性能的梁-轨一体化伸缩装置设计方法,对梁端伸缩装置各项性能进行了分析验证。研究结果表明:在梁端设计总伸缩量±900 mm及以下范围,下承式和上承式梁端伸缩装置均能满足结构整体刚度要求,上承式梁端伸缩装置因支承梁高度受限,需增大支承梁截面宽度,同时增加支承梁数量;下承式梁端伸缩装置设计应考虑与钢轨伸缩调节器的协同,伸缩区扣件建议选择纵向阻力较小且相对稳定的轨撑式扣件;以甬舟铁路西堠门大桥为例,基于弦测法和车桥耦合振动分析结果表明,±900 mm上承式梁端伸缩装置可以满足梁端行车安全和平稳的性能要求。     

高压旋喷桩在高速铁路桥梁基础纠偏中的应用研究

珠三角地区某高铁桥梁扩大基础、墩台施工完毕后,在架梁时主体出现沉降、偏移等现象。通过对该高铁桥梁工程的基础发生位移的原因进行分析,认为该病害发生的原因在于基坑施工过程中由于涌水涌砂,降低了地基承载力,同时忽视了薄层淤泥质粉砂层对地基承载力不均匀性的影响。针对以上分析结果提出了采用高压旋喷桩纠偏的方案,并对高压旋喷桩的纠偏原理进行分析。分析认为高压旋喷桩可通过形成相对持力层,利用浆柱的挤土效应,借助受挤压土体的被动土压力形成纠偏。提高纠偏效率的关键在于在固定流量和压力的基础上降低喷嘴提升速度,增大注浆量,形成高效率的挤土效应。通过高压旋喷桩的纠偏处理,使发生位移的桥梁基础较好地复位,并且提升了地基的承载力,纠偏结果能够完全满足继续架梁的需求。     

PROFIBUS—DP通信在高速铁路桥梁检查车中的应用

介绍了Profibus—DP总线控制方式在高速铁路桥梁检查车中的应用，分析了硬件结构和相关的内部组态过程及程序，经试验证明该系统能够满足高速铁路桥粱检查车对于速度控制的需要。     

地震作用下高速铁路FPS隔震桥梁无砟轨道力学特性参数研究

为了准确分析地震作用下高速铁路FPS隔震桥梁无砟轨道的纵向力学特性,以一典型5跨FPS隔震简支梁桥为对象,建立基于CRTSⅡ型板式无砟轨道的线桥一体化模型;应用非线性时程方法分析无砟轨道的纵向力学特性并进行参数研究。研究结果表明:地震作用下,梁端的轨道纵向力要大于梁中间位置;滑动层与剪力齿槽的设计能减小底座板与梁面的纵向相互作用,且道床板纵连能分散从梁面传来的纵向力,使CA砂浆及扣件的纵向力降低;FPS摩擦系数、支座半径、滑动层摩擦系数、剪力齿槽刚度对轨道纵向力有较大影响,在高速铁路FPS隔震设计时,应综合考虑各参数对Ⅱ型板纵向地震受力的影响,在保证正常运营的同时,减小Ⅱ型板纵向地震受力,防止轨道发生纵向破坏。     

轨道约束对铁路减隔震桥梁地震响应的影响

轨道是限制铁路桥梁减隔震装置在地震中发挥耗能作用的一个可能因素。为了分析轨道约束对铁路减隔震桥梁地震响应的影响,以高速铁路客运专线上两座采用不同减隔震装置的32m简支桥梁为对象,用非线性弹簧单元模拟道床的纵向位移阻力关系,建立地震作用下桥梁与轨道共同作用的线桥一体化计算模型,对其进行弹塑性地震响应分析。结果表明:轨道对铁路减隔震桥梁纵向自振频率的影响不可忽视,影响程度与道床阻力系数有关,随着道床阻力系数增加,结构的自振频率增大;轨道约束虽然对墩底的最大地震剪力影响不大,但对桥梁纵向地震位移和减隔震装置变形的影响出现增大和减小两种现象,设计时应考虑轨道约束产生的不利因素,适当提高相邻梁间的结构允许相对变形要求。