系列跨度高铁简支箱梁动力特性分析

研究目的:高速铁路大量使用了标准跨度混凝土简支梁桥,随着标准跨度40 m简支梁的应用,标准跨度之间的系列跨度简支梁应用需求增加.本文利用移动荷载列计算方法,分析系列跨度混凝土简支梁动力特性,掌握系列跨度简支梁车桥共振条件,确定系列跨度简支梁最小梁高,并给出工程应用建议.研究结论:(1)系列跨度简支梁在列车作用下的共振速...     

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。     

成昆铁路矮塔斜拉桥减隔震体系研究

成昆铁路金沙江大桥位于高烈度地震区,为跨度超过200 m的预应力混凝土矮塔斜拉桥,其减隔震体系关系到铁路运行的安全稳定性。为优化金沙江大桥的减隔震体系,利用MIDAS Civil软件对其支座结构进行有限元建模和计算,分析双曲面球形减隔震支座和三摩擦副双曲面球型减隔震支座及剪力榫结构的动力时程结果。研究结果表明：在罕遇地震下,双曲面球形减震支座结构能够有效减少主塔的墩底剪力和墩底弯矩,其位移大于400 mm,而桥梁纵向伸缩缝尺寸为300 mm,因此支座不满足桥梁纵向位移要求;三摩擦副双曲面球型减隔震支座墩底弯矩增大,墩顶位移和墩底剪力显著减小,墩顶位移为236 mm,小于纵向伸缩缝尺寸,桥墩间的内力相近,减小梁端伸缩量,有利于全桥的内力分布、梁端伸缩装置的设置及列车的平稳运行。     

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。     

近断层高烈度地震区铁路简支梁桥减隔震方案研究

近断层地震往往给工程结构造成较大的破坏,现行《铁路工程抗震设计规范》对近断层、减隔震问题尚未考虑。以某近断层高烈度地震区铁路简支梁桥为研究对象,梳理了国内外相关规范对近断层桥梁抗震的要求,提出相应的减隔震设计原则、设防标准。采用MIDAS软件建立桥梁有限元模型,运用非线性时程分析方法,考虑近场地震特性,进行了基于双曲面球形减隔震、黏滞阻尼器减震以及新型回形钢阻尼减隔震支座的减隔震效果研究。研究结果表明,传统的铁路桥梁减隔震措施难以满足近断层桥梁抗震要求,回形钢阻尼减隔震支座具有位移大、阻尼力可调、养护维修少、安装方便等特点,对近断层高烈度地震区简支梁的减隔震设计适应性好。     

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。     

九度近断层地震区高速铁路简支桥合理墩高与跨度研究

西南山区一条高速铁路穿越九度近断层地震区,其桥梁跨度、墩高等技术指标均已超过既有高速铁路.为探求墩高和跨度合理匹配关系,研究不同墩高(30～55 m)、跨径(24,32 m)、地质条件(好、差)和截面尺寸(基准截面尺寸,120％和140％基准截面尺寸)对桥梁抗震性能的影响规律.结果表明:为满足行车安全要求,高速铁路桥梁...     

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。     

并联复合隔震体系理论研究

提出了一种多自由度并联复合隔震体系，建立了其计算模型和运动方程，并基于MATLAB软件编制了该体系的时程分析计算程序。数值计算结果表明，与传统抗震体系相比，并联复合隔震体系隔震效果明显。     

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。     

罕遇地震作用下高速铁路减隔震简支梁桥合理计算模型的探讨

以往在分析减隔震桥梁的地震响应时,由于考虑到桥墩和基础应保持弹性工作状态,在基于强度的设计中偏于安全考虑桥墩一般采用毛截面刚度建立弹性梁单元模型。实际上,在罕遇地震作用下,桥墩墩底截面虽然未达到屈服状态,仍然会出现保护层混凝土开裂,并导致桥墩刚度降低。此时,应考虑对桥墩刚度进行适当修正以估计桥梁的各项地震响应参数,这也有利于实现减隔震桥梁基于位移的抗震设计。结合西部高速铁路中典型的简支梁桥结构形式,分别采用弹塑性纤维梁柱单元、弹性梁柱单元、考虑刚度修正的弹性梁柱单元模拟桥墩建立3种计算模型,探讨适用于罕遇地震作用下的高速铁路减隔震桥梁的合理计算模型。结果表明,当罕遇地震作用下桥墩位移延性超过0.5时,考虑刚度修正的弹性梁柱单元模拟桥墩的计算模型能够较好地估计桥梁各项地震响应参数。     

两种减隔震支座性能对比研究

通过对摩擦摆支座及弹塑性钢阻尼支座两种不同类型的减隔震支座的抗震性能进行对比,选择适合项目要求的支座类型。对比结果表明:两种减隔震支座均能够有效延长桥梁结构自振周期,支座横向刚度较小的摩擦摆支座更有利于周期的延长,同时产生的墩顶剪力也较小;对于墩底截面及基顶截面的弯矩和剪力,在墩高较低时横向刚度小的摩擦摆支座减隔震性能较好,而墩高大于20 m时,横向刚度大的弹塑性钢阻尼支座更有优势。     

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。     

铁路连续梁桥横向减隔震支座参数研究

以某3跨铁路连续梁桥为例,运用有限元分析程序SAP2000,建立采用E型钢阻尼支座减隔震的全桥计算分析模型,进行3条人工地震波激励下的时程响应分析。将E型钢阻尼支座屈服力和屈服位移作为控制参数,在硬化比不变的情况下研究中墩和边墩的支座屈服力比和屈服位移对全桥横向减隔震效果的影响规律。分析结果表明:中墩和边墩E型钢阻尼支座的屈服力比对横向减隔震效果有较大的影响,屈服力比的取值与各桥墩支座反力接近时,各墩可得到比较接近的横向隔震率;支座的屈服位移对支座的剪切变形量有较大影响,可以在满足隔震率要求的前提下,通过控制支座的屈服位移控制梁体的横向位移。     

大跨度连续梁桥SSAB与FVD组合应用减隔震技术研究

以某（88＋152＋88）m连续梁桥为工程背景,建立了采用液体黏滞阻尼器（FVD）的减震模型,采用非线性动力时程分析方法研究粘滞阻尼器对该桥抗震性能的影响。通过粘滞阻尼器在不同位置的布设,得出了最优的布置方案;通过基于阻尼力的参数分析,得出了最优的阻尼器型号。研究结果表明：＂-3地震力较大时,单独采用阻尼器并不能完全达到理想的效果,此时,设置减震专用支座（SSAB）与阻尼器配合使用可进一步改善桥墩受力;减震专用支座可按滞后系统进行模拟,分析时可基于2种极端状况来模拟其恢复力模型,取屈服强度为设定的减震专用支座水平力限值时计算结果可控制设计。     

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...     

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。     

双球面减隔震支座等效摩擦系数理论分析与试验研究

对双球面减隔震支座的主要参数等效摩擦系数进行理论分析、数值模拟及试验研究,为桥梁、建筑结构的抗震设计与分析提供参考。试验研究包括在竖向承载力和加载频率不同时等效摩擦系数的对比分析,并分析支座等效刚度、等效黏滞阻尼比及滞回曲线。结果表明:支座滞回曲线的试验值与模拟值、理论分析结果基本接近,验证了支座的等效摩擦系数理论公式的正确性;支座主要设计基本参数及等效摩擦系数的模拟值及试验值与理论值基本相符,进一步验证了支座的等效摩擦系数理论公式的合理性。     

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。     

基于摩擦摆支座的轨道交通高架桥减隔震性能及设计方法研究

基于摩擦摆减隔震支座的轨道交通高架桥在地震时位移较大,相邻跨由于相位差的存在有相互碰撞的风险, 需探究在取得高隔震率的同时如何降低梁端相对位移,避免相邻跨结构产生碰撞。以北京市轨道交通平谷线高架桥 为背景,探讨在不同的地震峰值加速度区域减隔震设计的隔震效果,以及相对于延性抗震设计的经济优势;推导结 构体系周期的计算公式,提出梁端伸缩缝宽度的设计方法。分析表明,在 0.2g、0.3g 峰值加速度区域,墩柱隔震率 几乎持平,高峰值加速度区域减隔震设计具备良好的经济性;相邻跨体系隔震周期越接近,梁端相对位移越小。