自复位拉索减震装置研究

为了使减震结构体系能够同时获得良好的减震特性和震后自复位能力,提出采用钢螺旋弹簧装置与普通拉索减震支座组合成自复位拉索减震装置.重点阐述了组合装置的设计原理、构造特点及开发过程.通过对该装置系统各关键部分的试验研究,并根据试验结果模拟了其力学特性,建立了组合装置的恢复力模型.最后以实际工程为背景,建立了六塔斜拉桥结构中采用不同减震装置布置方案的模型.重点对比了不同减震模型的减震效果,以及塔梁处的残余位移大小问题.分析结果表明,这种组合减震装置不仅可以大大减轻地震对上部结构的影响,而且还具有很好的震后复位能力,因此具有较好的工程应用前景.

不同硫压退火对溅射沉积ZnS薄膜性能的影响

ZnS作为一种宽带隙半导体,以其优异的光电性能近年来受到广泛关注,在太阳能电池、光催化剂以及传感器方面有着广阔的应用前景.本文首先以射频磁控溅射方法沉积了ZnS薄膜,然后在600℃温度和不同硫压下进行退火,通过X射线衍射、扫描电子显微镜、能量散射X射线谱、紫外-可见透射光谱以及慢正电子多普勒展宽谱对ZnS薄膜的晶体结构、表面形貌、晶粒尺寸、成分、透光率以及缺陷进行分析.结果表明:硫气氛后退火能够改善ZnS薄膜结晶性,退火后ZnS薄膜光学带隙为3.43—3.58 eV.当硫压高于0.49 atm(1 atm=1.01×10^(5)Pa)时,ZnS内部硫间隙原子以及表面单质硫降低了薄膜在可见光区的透光率.慢正电子多普勒展宽谱结果还表明,ZnS薄膜的缺陷浓度由表层到内层逐渐降低,薄膜缺陷随着硫压增加而降低.同时,3γ湮没证明了薄膜内部较为致密,硫化会导致薄膜开孔率增加.吸附硫通过内扩散占据了晶体中硫空位缺陷的位置,导致缺陷浓度降低,进而改善了薄膜质量.

考虑材料劣变过程的桥梁地震易损性分析

建立了一套基于概率和非线性有限元的桥梁结构地震性能演变分析方法,分析了材料劣变过程;且结合人工神经网络(ANN)与蒙特卡罗(MC)方法,建立了结构随机能力模型;在能力模型的基础上,通过增量动力分析(IDA),建立了考虑材料劣变过程的需求模型,从而形成地震易损性曲线;并以一座斜拉桥的主塔为例,利用所建立的方法研究了随着服役年限增加结构易损性的变化规律.研究成果可为桥梁的全寿命设计、既有桥梁的运营以及地震风险评估等提供理论依据.

基于结构易损性分析的公路桥梁可靠度研究

目前桥梁可靠度分析中缺乏对桥梁实际失效模式的分析和资料,使得传统的体系可靠度分析思路对桥梁进行评估带有很大的不确定性,因而本文根据桥梁结构可靠度理论与结构地震易损性的研究现状,并结合传统可靠度分析中的现有观念与常用方法,提出了基于结构易损性分析的公路桥梁可靠度方法。该方法利用结构易损性分析的优势,根据选定的损伤准则来计算结构不同构件在随机荷载下的失效概率,能够给出结构各个构件的易损性曲线来判定出结构的最不利位置,从而为随后的结构体系可靠度分析提供便利。本文以地震荷载为例,给出了基于结构易损性分析思路的桥梁可靠度分析实例,以便具体地阐述这种思路.

考虑地震动空间效应的深水桥梁减震性能

以大跨深水连续梁桥为研究对象,提出了拉索减震体系.对考虑地震动空间效应的不同激励地震动输入的实现方法做了阐述,对比常规体系和弱固定体系,研究考虑地震动空间效应时深水桥梁拉索减震体系的减震效果,并进一步探讨了考虑地震动空间效应时,动水压力对深水桥梁地震响应的影响.研究结果表明,拉索减震支座具有良好的减震性能,且其对地震动空间效应非常敏感;考虑地震动空间效应时,动水压力对拉索减震体系、常规体系动力响应的影响较一致激励有所差异,且该差异随视波速、失相干系数及局部场地条件的不同而变化.

缓冲型拉索减震支座脉冲地震下减震性能

为了解决脉冲型地震作用下桥梁结构地震响应较大的问题,通过拉索差异化布置、增设弹簧缓冲装置等方法对现有拉索减震支座进行改进,提出缓冲型拉索减震支座装置。本文阐述了缓冲型拉索减震支座的设计思想和工作原理,以实际工程为背景,应用SAP2000有限元分析软件建立连续梁桥模型,对比缓冲型拉索减震支座和拉索减震支座在脉冲型地震作用下抗震性能的异同,研究了缓冲型拉索减震支座设计参数对脉冲型地震作用下桥梁减隔震性能的影响规律。分析结果表明:缓冲型拉索减震支座在脉冲型地震作用下能够实现力和位移的合理调节,可以起到较好的减隔震效果。

钢丝网复合橡胶减隔震支座拟静力试验与恢复力模型研究

钢丝网复合橡胶减隔震支座是一种可以翘曲滚动实现剪切大变形的新型减隔震支座,主要适用于中小跨径桥梁。为了探究钢丝网复合橡胶减隔震支座的减隔震性能及恢复力特性,本文对其进行拟静力试验,得到支座滞回曲线,反映出较好的耗能能力,在试验数据基础上利用最小二乘法拟合提出支座的三段线性恢复力模型;为了推广该支座的实桥应用,实现其在实桥抗震验算有限元建模中的模拟,本文在SAP2000有限元程序中采用多段线性塑性连接单元的Kinematic模型模拟支座,重现拟静力试验加载过程,对比支座有限元计算滞回曲线和试验滞回曲线,模拟结果良好。

装配式桥墩连接形式抗震性能研究进展

为了揭示装配式桥墩连接形式的抗震性能,系统回顾和分析了相关研究进展.根据力学行为将装配式桥墩体系区分为等同现浇体系和非等同现浇体系,对相应的连接形式、性能、施工特点、工程实例进行了介绍,总结了常用的抗震性能提升手段和研究方法.结果表明:等同现浇体系与现浇体系接近,耗能能力强,应用广泛,非等同现浇体系具有自复位功能,但实现较为复杂;应用高强材料、新装置和混合体系能够有效避免接缝处过早破坏,提高抗震性能;理论分析、模型试验和数值模拟均能有效反映装配式桥墩的力学行为.最后,提出了推广装配式桥墩应用所面临的新挑战,阐述了体系层面分析、全寿命周期设计、韧性抗震3个方面的发展前景,为新的研究方向提供参考.

地震序列下拉索模数伸缩缝联间限位分析

主震作用下桥梁结构可能已发生联间相对变位,强余震作用将进一步加剧桥梁上部结构的碰撞或落梁灾害,以某连续梁桥为例进行地震序列分析,并对比有无拉索模数伸缩缝两种情况下的地震响应,结果表明:拉索模数伸缩缝能够有效限制主余震各阶段联间相对位移,对避免主震后产生联间残余位移的桥梁结构在强余震作用下发生碰撞、落梁具有重要意义;同时,拉索模数伸缩缝使桥梁各联间协同作用,从而墩梁相对位移得到相应的控制,桥墩受力亦有所改善。

桥梁拉索减震支座研发及应用

从目前桥梁减隔震设计面临的"结构地震力与梁体位移"矛盾的平衡问题出发,介绍了新型减隔震支座——拉索减震支座的功能原理、发展、试验研究与实桥应用。理论研究与实桥试验均表明拉索减震支座具有很好的减震效果,且能有效控制墩梁间的位移。

行波效应下多塔斜拉桥地震响应分析

多塔斜拉桥纵向跨度大,进行地震反应分析时应考虑行波效应对结构地震响应的影响。阐述了相对位移法、绝对位移法及大质量法的基本原理,以某六塔斜拉桥为工程背景,采用大质量法计算了该桥在不同行波输入方向及不同视波速下的地震响应,并与一致激励的结果进行比较。研究表明,行波效应对结构地震响应的影响程度与地震波的频谱特性有关;行波效应基本不控制结构的内力设计,但对支座和伸缩缝的变形能力提出更高的要求。

考虑行波效应下的多塔斜拉桥减隔震体系研究

以一座主跨908 m的多塔斜拉桥为研究背景,建立全桥动力计算模型,分析了行波效应下该结构常规体系与减隔震体系的地震响应,结果表明:1对于常规体系,行波效应会增大上桥塔内力,但采用拉索减震支座的减隔震体系具有较好的减震率;2考虑行波效应对桥墩抗震有利,而减隔震体系会进一步降低桥墩内力;3减隔震体系可以将主桥支座位移控制在要求范围内,对于引桥,考虑行波效应时,支座位移增大明显,也建议采用拉索减震支座;4行波效应下,主-引桥相对位移增大,建议在主-引桥间设置连梁装置和缓冲装置,以提高抗震性能。

深水多塔斜拉桥地震动水效应分析

地震荷载作用下,深水多塔斜拉桥的桥墩水下部分与周围水体之间相互作用会导致斜拉桥受到水体运动产生的动水压力的作用。为了解动水对其地震响应的影响规律,基于Morison方程,采用附加质量法来考虑地震动水压力对桥梁水下部位的作用。以某六塔斜拉桥为研究对象,分析了动水压力对多塔斜拉桥墩身内力反应的影响,同时还探讨了在不同地震波作用下水位对多塔斜拉桥地震响应的影响。研究结果表明,地震动水压力对墩身的弯矩和剪力均有一定的影响;水位对各墩底内力的动水效应系数的影响程度与地震波的频谱特性有关;总体上,地震动水压力对各墩底内力的影响随水位的上升而增加。对于深水多塔斜拉桥的抗震设计,考虑动水压力的影响以及水位的变化是有必要的。

采用拉索模数伸缩缝的连续梁桥地震响应

针对多跨连续梁桥在地震作用下发生的落梁和碰撞等震害,采用了拉索模数伸缩缝限位装置。对拉索模数伸缩缝的工作原理及其有限元模拟进行了简单的介绍;以一座典型的三联连续梁桥为背景,建立了该桥有限元模型;分析了不同场地、烈度条件下该桥3种体系的地震响应:联间相对位移、墩梁相对位移和墩底剪力。结果表明:在不同场地、烈度下,拉索模数伸缩缝能有效限制联间梁体的相对位移,避免碰撞发生;同时,将拉索模数伸缩缝与拉索支座结合的体系不仅能够限制联间和墩梁相对位移,而且使地震力在各个墩的分布更加均匀,真正实现了力与位移的完美协调。

钢丝网复合橡胶减隔震支座试验及有限元模拟

针对现有板式橡胶支座力学性能的不足,通过采用高强细密钢丝网代替加劲钢板,设计一种适用于中小跨径桥梁的新型减隔震支座,并对该新型支座的竖向和水平向力学性能进行试验探究。试验结果表明:新型支座的各向力学性能良好,且可以通过倾覆滚动实现大剪切变形。最后,用ANSYS有限元程序模拟新型支座的竖向力学性能,得到与试验相符的结果。

非一致地震激励下飘浮体系斜拉桥易损性分析

利用Open Sees软件对一座主跨为420 m的斜拉桥建立有限元模型,分别进行了仅考虑失相干效应、考虑失相干效应和行波效应、考虑失相干效应和场地效应以及综合考虑失相干效应、行波效应和场地效应等4种非一致激励情况下的易损性分析.结合联合概率地震需求模型(TPSDM)和蒙特卡罗抽样获得了基于构件的体系易损性曲线.考虑地震动空间效应的飘浮体系斜拉桥损伤概率明显高于一致激励且失相干效应和场地效应的影响较为显著.失相干效应越明显,斜拉桥体系遭受地震损伤的概率越大.场地效应的影响较为复杂,总体上表现为相邻场地类型差异越大,沿地震波传播方向场地类型由软变硬时,体系损伤概率增加.行波效应对飘浮体系斜拉桥地震损伤的影响较小,易损性分析时忽略行波效应的影响不会造成较大的误差.因此,对飘浮体系斜拉桥进行非一致激励下的地震易损性分析应考虑失相干效应和场地效应的影响,目前广泛采用的一致激励下的易损性分析高估了体系的抗震性能.

基于风洞试验和数值模拟的双矩形断面涡振气动干扰研究

采用节段模型风洞试验和CFD数值模拟对宽高比为5∶1的双幅矩形断面涡振气动干扰进行了研究。分析了不同水平间距对双矩形断面竖弯和扭转涡振响应的影响。在水平间距比为1.2时进行了动态压力测试,并分别对竖弯和扭转涡振风速下的脉动风压场进行POD分析。结果表明双矩形断面间存在显著的气动干扰,且一般而言下游断面的涡振响应大于上游断面。前两阶本征模态与双矩形断面涡振相关联,由前两阶本征模态可重构脉动风压场。CFD数值模拟的结果表明双矩形断面的涡振符合“撞击剪切层失稳机制”,且一个周期内上游断面下风向以及下游断面上风向区域的流动变化较为显著。CFD模拟与POD分析的结果相符合,两者相结合可用于分析双矩形断面的涡振现象。

连续梁桥隔震方案比较

连续梁桥一般采用减隔震支座组成隔震支座体系进行抗震设计,不同的支座布置方式决定着结构的抗震性能与工程造价两个工程建设中主要关注的因素。在简要介绍铅芯橡胶支座的基础上,针对所有支座均设置铅芯橡胶支座以及组合使用铅芯橡胶支座与滑板支座的隔震方案,脉冲与非脉冲的两组不同地震动下,采用两种不同墩高,对墩高一致的三跨连续梁桥建立三维有限元模型进行地震响应计算,并对抗震性能与经济性进行了分析研究。结果表明,采用普通的滑板支座与铅芯橡胶联合使用同样能够获得较好的抗震性能,能有效地减少工程造价,节约成本;并且隔震支座的布置位置、墩高以及地震动输入的脉冲特性对隔震性能与经济性影响较大,对于墩高不大以及墩高基本一致的连续梁桥,当边墩设置隔震支座而中墩采用普通支座的情况下能获得良好的抗震性能与经济效益。

拉索限位装置对跨断层桥梁地震响应的影响

以一座三跨连续梁桥为工程背景,选择典型的近断层脉冲地震动,应用非一致激励的非线性时程分析方法,对考虑滑冲效应的跨断层桥梁地震响应进行计算,研究不同断层位置的情况下拉索限位器对跨断层桥梁地震响应的影响,并对拉索限位器的自由程和限位刚度进行参数分析。结果表明:应用拉索限位器可以有效地减小跨断层桥梁的位移响应,同时桥墩的受力会有所增加;跨断层桥梁的地震响应对限位器自由程的变化更加敏感。

考虑动水压力的拉索减震支座深水桥梁地震响应分析

以某跨海连续梁桥为例,研究动水压力对拉索减震支座减隔震体系下深水桥梁地震响应的影响,分析拉索减震支座在深水区连续梁桥中的适用性。首先建立考虑动水压力下的深水桥梁地震响应分析方法,然后针对拉索减震支座减隔震体系对该桥进行动力响应分析,并与摩擦摆减隔震体系进行对比。结果表明:动水压力增大了深水桥梁的地震内力和位移响应;拉索减震支座减隔震体系下,动水压力对地震响应的影响程度明显小于摩擦摆减隔震体系,体现了拉索减震支座在深水桥梁抗震设计中的优越性。