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。     

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...     

公轨两用大跨度斜拉桥纵向减震体系优化

为研究公路与跨座式单轨交通两用钢桁梁斜拉桥的合理减震约束体系,以牛田洋大桥为工程背景,利用ANSYS建立有限元模型,并采用时域显式降维迭代法,在考虑纵向活动支座动力特性基础上分析纵向无约束、弹性索、粘滞阻尼器及速度锁定装置等4种减震体系的结构静动响应和粘滞阻尼器4种墩塔处布设方案的减震效果,优化粘滞阻尼器参数;分析跨座式单轨交通列车制动力及行车振动对粘滞阻尼器参数的影响,计算粘滞阻尼器行程。研究表明:无约束体系地震位移响应最大,弹性索体系塔底弯矩最大,速度锁定装置体系位移最小但塔底弯矩较大,粘滞阻尼器体系塔底弯矩最小,位移响应较小,耗能作用最好;仅主塔处设置粘滞阻尼器时减震费效比最高,主塔及辅助墩均设置阻尼器时减震效果最优;当阻尼系数c=3 500～5 000kN·(m/s)~(-α)和速度指数α=0.3～0.5时减震效果较优;大跨径公轨两用钢桁梁斜拉桥可设计合适的支座静摩擦系数抵抗跨座式单轨交通列车的制动力,粘滞阻尼器参数选取可不考虑列车制动的影响;阻尼器速度指数α宜适当取高值,以减少列车过桥时参与工作;粘滞阻尼器行程需按动、静作用分别考虑。     

斜拉桥减震控制研究

对于采用飘浮体系的斜拉桥,主桥在地震作用下将产生较大的纵向位移,必须加以控制才能保证桥梁的抗震安全性,本文探讨了采用弹性连接装置减震和采用粘滞阻尼器不同的布置方式减震,对3种减震方案进行了参数敏感性分析。分析表明,只要选择合理的参数,3种减震方案均能较好地控制主桥在地震作用下的纵向位移,但同时在塔、梁和梁与辅助墩之间设置阻尼器的方案最优。     

特大跨斜拉桥横向抗震设计方案研究

针对大跨度斜拉桥在高烈度横向地震作用下的抗震分析,就现今工程中常用到的添加挡块、金属阻尼器、黏滞阻尼器这3种减震设计方法,以某特大跨铁路斜拉桥为工程背景,基于MIDAS Civil建立了三维有限元动力弹性模型,分析了桥梁结构的动力特性;通过采用3种参数化后的方案与梁墩横向自由边界条件下的对比分析,研究了满足横向极限位移控制条件下,3种设计方案的结构地震响应特点;另外针对黏滞阻尼器和金属阻尼器减震方案,对2种阻尼器组合和布设方案进行了局部优化。研究结果表明：增设挡块减震方案要比采用阻尼器减震方案的墩塔底部内力大,采用黏滞阻尼器设计方案的减震效果最好;经过综合比较后,推荐采用组合1方案（过渡墩和辅助墩的左右侧分别设置金属阻尼器、液体黏滞阻尼器）用于铁路大跨斜拉桥。     

大跨度斜拉桥顺桥向阻尼约束体系研究

为探讨E型钢阻尼器和液体粘滞阻尼器对大跨度斜拉桥的减震限位效果,以某(55+135+400+135+55)m半飘浮体系双塔斜拉桥为背景,设计2种阻尼约束减震体系方案。采用通用有限元程序SAP2000建立桥梁动力分析模型,通过参数分析确定较为合理的减隔震设计参数,选取3条人工地震波分析2种阻尼约束减震体系方案对该桥地震响应的影响规律。分析结果表明:选取的E型钢阻尼器和液体粘滞阻尼器均可有效控制地震作用中斜拉桥主梁的水平位移,采用液体粘滞阻尼器时塔底弯矩增幅相对较小,主梁水平位移控制效果相对较好。综合考虑减震限位效果及综合使用性能,在该斜拉桥中推荐使用液体粘滞阻尼器约束减震体系方案。     

桥面相对高度对斜拉桥塔梁弹性连接减震效果的影响

斜拉桥的结构体系对其地震响应特性有较大影响,研究表明,通过在塔梁之间设置合理的弹性连接,可以起到改善斜拉桥抗震性能的效果。但目前研究多是针对具体工程而得出相应的结论,而没有考虑到斜拉桥桥面相对高度对斜拉桥塔梁间弹性连接装置减震效果的影响。为此以某斜拉桥为模型,通过改变其下塔柱高度的方式改变斜拉桥桥面相对高度,系统分析了桥面相对高度对斜拉桥塔梁弹性连接装置减震效果的影响。     

考虑行波效应的大跨度斜拉桥耗能减震

地震作用下飘浮体系斜拉桥的纵向位移较大,需采取抗震减震措施.以一座大跨斜拉桥为实例,建立其三维有限元模型计算分析了地震行波输入下粘滞阻尼器对飘浮体系斜拉桥的减震效果.结果表明,地震行波效应会减小斜拉桥桥塔的地震反应而增大主梁的地震反应,粘滞阻尼器被动控制对斜拉桥位移的减震效果非常显著,且行波效应对其减震效果无明显不利影响.     

大跨径混合梁斜拉桥抗震体系及阻尼参数研究

为研究大跨径混合梁斜拉桥在不同抗震体系与阻尼参数下的抗震性能,本文以主跨385m的京杭运河泗阳桃源大桥为背景,对比结构在纵桥向无连接装置、设置粘滞阻尼器、设置弹性索三种体系下的抗震能力,并进行了粘滞阻尼器与弹性索的设计参数敏感性分析,比较了不同参数下桥梁关键部位的地震响应变化,研究了不同体系下地震力传力路径。结果表明：选择合理阻尼参数与减隔震支座参数,可以大幅减小关键位置位移和关键构件内力,提高桥梁抗震性能。最后,给出了背景工程的合理设计参数,为同类型结构的抗震设计提供参考。     

千米级斜拉桥横向减震体系振动台试验

工程中常采用的斜拉桥横向固定体系会增大桥墩、桥塔及其基础的抗震需求，从而增大斜拉桥在地震作用下的损伤破坏风险。为解决这一问题，以已研发的桥梁新型横向钢阻尼器为减震耗能装置，采用振动台试验方法，研究大跨度斜拉桥横向减震体系在近、远场地震作用下的减震效果。以苏通大桥为背景，设计1/35几何相似比的斜拉桥全桥试验模型，并分别进行横向减震体系和传统的横向固定体系的振动台试验。其中，将钢阻尼器与滑动型球钢支座并联布置于桥墩处、钢阻尼器布置于桥塔处形成横向减震体系。基于试验结果进行减震体系的减震行为分析。研究结果表明：在近、远场地震作用下，减震体系均能显著地减小主梁传递给桥墩和桥塔的地震力，其中墩梁、塔梁连接横向传力均减小50%以上，且将主梁位移限制在可接受范围内；减震体系也显著减小了塔身位移、曲率以及墩底曲率需求，其中，塔底截面曲率平均减小了34%，近塔辅助墩墩底曲率平均减小了67%；钢阻尼器拥有饱满的滞回曲线，但其滞回特性与地震输入有关；相对于支座的摩擦耗能，钢阻尼器的耗能能力更显著；在带有速度脉冲的近场地震作用下，钢阻尼器以及支座的位移响应具有明显的脉冲特点。     

超大跨度CFRP索斜拉桥的力学性能分析

为了探讨碳纤维材料(CFRP)索在超大跨度斜拉桥中应用的可行性,以1400 m主跨的超大跨度钢拉索斜拉桥设计方案为例,采用拉索的等强度和等轴向刚度方法,拟定了两座等跨径布置CFRP索的方案桥,分别采用结构三维几何非线性方法、子空间迭代法、空气动力稳定性分析方法以及地震响应的反应谱分析方法,对应用钢索和CFRP索的超大跨度斜拉桥的静力特性、动力特性、抗风稳定性以及抗震性能等进行了分析与比较,并从力学性能角度探讨了CFRP索在超大跨度斜拉桥中应用的可行性。结果表明:从力学性能角度而言,超大跨度斜拉桥采用CFRP索是可行的,但是拉索截面尺寸采用等轴向刚度方法确定则更有利。     

应用碳纤维索的大跨径斜拉桥抗风性能研究

为了探讨碳纤维复合材料在大跨径斜拉桥中应用的可能性,以拉索等轴向刚度为原则,拟定了一座主跨为500 m的应用碳纤维索的大跨径斜拉桥,并运用三维非线性计算理论进行了动力特性、静风特性和空气动力稳定性分析。分析结果表明大跨径斜拉桥采用碳纤维索后:(1)结构的自振频率有所提高;(2)静风作用下结构变形增大,但其静风性能却与钢索斜拉桥基本一致;(3)空气动力稳定性与钢索斜拉桥基本一致。因此从抗风性能角度而言,大跨径斜拉桥采用碳纤维索是可行的,但是拉索截面尺寸应采用等轴向刚度原则来确定。     

碳纤维复合材料索斜拉桥的设计与测试

为了解碳纤维复合材料（CFRP）索斜拉桥的结构性能、施工技术以及长期性能,进行了中国首座CFRP索斜拉桥的设计和应用研究。阐述了该桥主要部件的设计要点,采用有限元法分析了其整体受力性能;结合该桥的建造,研究了中等长度CFRP拉索的制备工艺和安装工艺;根据施工过程仿真分析结果,提出拉索的张拉方案,并在拉索张拉期间,对主梁、主塔及拉索进行了全面的测试。测试结果表明,测试值与理论值吻合良好,CFRP拉索中各根筋材受力均匀性很好。该桥在建造期间的测试、分析以及经过2年多的使用充分表明,CFRP拉索在中国斜拉桥上的初次应用是成功的。     

1 000 m级CFRP索斜拉桥静力特性分析

通过具体算例采用有限元法分析CFRP索斜拉桥的各非线性因素的影响量,并与钢索斜拉桥进行对比。鉴于CFRP的线膨胀系数远小于钢材或混凝土的线膨胀系数,计算了4种不同结构体系的CFRP索斜拉桥和钢索斜拉桥在温度荷载下的静力反应,计算结果表明CFRP索斜拉桥相对于钢索斜拉桥在静力方面具有较多优势。     

CFRP筋用作斜拉桥拉索的研究与应用进展

碳纤维复合材料(CFRP)斜拉索具有轻质、高强、耐腐蚀以及抗疲劳等优良的性能,在未来大跨度斜拉桥中具有广阔的应用前景。介绍了CFRP拉索的研究与应用现状,总结了目前国内外应用CFRP拉索的试验性斜拉桥,并简要介绍了我国已建成的第一座CFRP拉索斜拉桥。较为详细地分析了CFRP拉索的基本性能、优势;对其面临的一些问题,特别是锚固体系方面的问题进行了探讨;最后对CFRP拉索在应用研究方面还有待开展的一些主要工作进行了展望。     

CFRP索斜拉桥的动力特性分析

采用CFRP拉索是解决传统钢拉索腐蚀退化问题的根本途径,由于CFRP的自重仅为钢材的1/5,当跨径很大时,CFRP索斜拉桥的动力特性与钢索斜拉桥的动力特性会有区别,为此,以探索性设计的跨径为1 000 m的CFRP索斜拉桥和钢索斜拉桥为例,采用有限元法对比分析了2种拉索斜拉桥主要的动力特性,并研究了成桥初应力对斜拉桥动力特性的影响。鉴于当前对影响斜拉桥动力特性的一些关键参数少有系统研究的状况,详细分析了不同结构体系、辅助墩设置个数、拉索空间布置型式、边中跨跨径之比等参数,对CFRP索斜拉桥的动力特性的影响,得出了若干结论,为CFRP索斜拉桥的优化设计提供理论依据。     

基于力学与造价的CFRP-钢组合拉索斜拉桥设计理论

针对1400～2800m主跨斜拉桥整体刚度不足的问题,提出一种新型结构方案——碳纤维增强塑料（CFRP）-钢组合拉索斜拉桥。该方案将CFRP斜拉索与传统钢斜拉索同时应用于斜拉桥中,组合2种材料高强轻质及弹性模量高的优点,以：达．到提高斜拉桥整体刚度的设计目的。通过基于力学与造价的参数分析提出该组合拉索斜拉桥的3种设计原则：等安全系数等效刚度最优、等安全系数等效刚度性价比最优、等造价等效刚度最优,并分别给出详细的设计步骤及设计用图。最后,进行了多种方案1400m主跨斜拉桥试设计。结果表明：CFRP-钢组合拉索斜拉桥在力学与经济性方面均具有一定优势,其工程应用具有可行性,是主跨为1400～2800m斜拉桥的优选方案之一。     

应用CFRP索的缆索承重桥梁抗风稳定性研究

为了探讨CFRP索在缆索承重桥梁中应用的可能性,以缆索等轴向刚度为原则,基于润扬长江大桥和1400 m主跨斜拉桥设计方案,分别拟定了同跨径应用CFRP索的悬索桥和斜拉桥,并运用三维非线性空气动力稳定性分析方法进行了抗风稳定性分析。分析结果表明:缆索承重桥梁采用CFRP索后,由于结构自振频率特别是扭转频率的显著提高,其空气动力稳定性要好于钢索的缆索承重桥梁。因此从抗风稳定性角度而言,缆索承重桥梁采用CFRP索是可行的,缆索截面尺寸应采用等轴向刚度原则来确定。     

CFRP拉索的非线性参数振动特性

建立了CFRP拉索的非线性参数振动模型，该模型考虑了拉索同时受梁端和塔端激励的状况，并考虑了索的垂度、大位移等引起的几何非线性；利用该模型，对相同条件下的CFRP拉索和钢拉索，采用数值方法分析了频率匹配比、拉索静拉力、激励幅值以及阻尼等因素对拉索参数振动特性的影响。研究结果表明，拉索振动的拍频、幅值与上述因素均有关，且CFRP拉索在参数振动发生几率、参数振动响应等方面优于钢拉索。