考虑泄漏和温度效应的黏滞阻尼器性能演变研究

黏滞阻尼器作为一种广泛使用的被动减振/震装置,其力学性能在全寿命周期内会发生演变。为探究其力学参数改变模式,揭示其性能演变机理,以油液泄漏和温度效应为主要影响因素开展了试验及仿真研究。首先,对不同漏油程度和环境温度下的黏滞阻尼器分别开展了滞回试验研究和黏温关系分析;其次,对黏滞阻尼器进行了流体动力学仿真,获得其性能演变规律;最后,建立了漏油与温度联合作用下黏滞阻尼器性能演变的力学模型,并对其进行了验证。研究结果表明,油液泄漏将导致滞回圈出现零力平台段,且平台长度与漏油比例成正比;温度升高会导致阻尼系数的减小,从而影响阻尼力峰值;所建立的性能演变模型能够较为精确地反映黏滞阻尼器力学性能的改变。

考虑地震滑冲效应的高铁简支梁桥横向减震体系研究

对近断层地震滑冲效应作用下高铁简支梁桥横向碰撞响应及其减震体系进行了研究。以一座5跨32 m简支梁桥为背景,采用Abaqus软件建立全桥有限元模型。分析了远场地震和近断层地震滑冲效应作用下桥梁横向地震响应的差异,探究了传统抗震挡块的适用性;对比分析了“挡块+拉索”组合、全桥单独安装拉索限位器及单独安装减震榫等3种减震体系的减震效果。结果表明:与远场地震相比,近断层地震滑冲效应作用下传统抗震挡块完全失效,落梁风险显著增加;挡块与垫石间隙越小,“挡块+拉索”的减震效果越好;拉索限位器的减震效果随拉索自由程减小而提高;减震榫取最优刚度时,能够显著减小桥梁地震响应;综合比选,全桥单独安装减震榫的减震体系最佳。

墩顶水平冲击作用后钢筋混凝土桥墩剩余承载力研究

采用凸形盖梁的城市高架桥在地震作用下,桥梁上、下部结构之间的异相位振动可能会导致主梁与盖梁之间的撞击。为研究钢筋混凝土(RC)桥墩在震致墩顶水平冲击作用下的动力行为及其剩余承载力,设计2个桥墩模型分别进行冲击试验和拟静力试验。此外,基于ANSYS/LS-DYNA软件对冲击试验和拟静力试验进行有限元仿真,探讨冲击质量和速度、桥墩轴压比、截面宽度和配筋率等参数对单次冲击后桥墩剩余承载力的影响。考虑到震致撞击可能是连续多次的,进一步考虑损伤的累积作用,分析桥墩在连续冲击后剩余承载力变化情况。研究结果表明:由于构件的振动,在1次冲击过程中,冲击锤与桥墩之间会出现多次接触和分离;单次冲击时,桥墩剩余承载力随冲击质量和速度增大而减小,随桥墩截面宽度和配筋率的增加而增大;多次连续冲击时,桥墩剩余承载力随累积冲击动能增加而减小,在所考虑的加载模式下,冲击后桥墩承载力降低19%~32%。

墩顶水平冲击作用下承插式桥墩动力响应研究

为研究墩顶水平冲击作用下承插式预制桥墩的动力行为,对一承插式构件进行冲击试验。基于ANSYS/LS-DYNA对冲击试验进行有限元模拟,并通过试验结果验证了有限元模型的精确性。在此基础上,通过数值模拟的方法分析冲击作用下承插式桥墩的内力(剪力和弯矩)变化规律和损伤机理,并探讨了冲击质量、冲击速度、承插深度以及接缝强度对桥墩动力响应的影响。结果表明:在初始接触阶段,桥墩的截面剪力和弯矩时程曲线出现明显振荡;相较于墩身顶部,墩身底部截面剪力和弯矩响应峰值出现具有滞后性。在墩顶位移峰值时刻,构件内力分布规律与在静载作用下的结果类似,即剪力沿墩身(不包含桥墩承插部分)呈矩形分布,弯矩近似呈三角形分布;在冲击荷载作用下,承插式桥墩的最大弯矩出现于墩身底部,而最大剪力截面位于桥墩承插段,构件的损伤主要表现为墩身底部的弯曲损伤和承插段的弯剪损伤。随冲击质量和冲击速度的增加,冲击力、构件的剪力、弯矩和塑性变形响应均有所增大;相比冲击质量而言,冲击速度对冲击力峰值的影响更为显著。增加承插深度以及接缝强度可提高构件刚度,从而减小桥墩的水平位移,但会增大构件弯矩响应。研究成果可为承插式桥墩的抗冲击设计提供参考。

滑移索结构分析的精确三维有限元法

针对现有滑移索结构分析方法适用范围有限、精度不高的缺点,提出了一种通用、高精度的三维滑移索单元法。基于悬链线理论和Euler-Eytelwein公式,同时考虑了温度效应和滑动摩擦,分别建立了已知单元无应力索长和已知张拉力的三维滑移索单元的基本方程组;利用矩阵微分从单元基本方程组导出了单元的切线刚度矩阵;建立了滑移索结构从张拉到后期加载的全过程精细化分析流程,可实现自动调用建立的各类索单元,准确分析各滑移点的摩擦;通过3个算例的计算及与现有理论解、数值解和试验结果的比较来验证该文所提出方法的可靠性和有效性。结果表明,该文提出的三维有限元法准确可靠,计算效率较高,适用于工程中各种滑移索结构的高精度非线性分析。

黏滞-软钢阻尼器组合系统的协同减震性能研究

为验证大跨度桥梁纵向黏滞-软钢阻尼器组合系统的协同工作机理和减震效果,首先设计制作黏滞-软钢阻尼器组合系统试验模型,通过试验测试分别获得黏滞阻尼器和软钢阻尼器的力学参数;然后开展组合系统滞回试验,并将试验结果与Matlab仿真结果进行对比分析;最后以单自由度体系为例,仿真分析组合系统的协同减震性能,并与单独使用黏滞阻尼器的减震效果进行了比较。结果表明:黏滞-软钢阻尼器组合系统中阻尼器性能稳定,滞回曲线饱满,锁定装置工作可靠;组合系统可以实现低速下黏滞阻尼器工作和高速下由锁定装置切换至软钢阻尼器工作的设计理念,仿真模拟与试验结果基本一致;单自由度体系算例中,组合系统具有良好的协同减震性能,且优于黏滞阻尼器。

独塔自锚式悬索桥地震响应分析

以佛山市平胜大桥为研究对象,采用空间非线性有限元法,研究了独塔自锚式悬索桥的地震响应特性;考虑了一致输入、行波输入、多点输入这3种地震动模式以及多种地震波组合,并就塔梁不同连接方式对结构响应的影响进行探讨。研究结果表明:行波效应对主梁位移响应影响较大,使得横向位移增大近 80%,竖向位移增大约150%,而对结构内力影响不明显;竖向地震动分量使主塔轴力和主梁弯矩明显增大;与塔梁通过滑动支座连接相比,塔梁通过固定支座连接时主梁纵向位移显著减小,主塔弯矩显著增大,因此,在进行独塔自锚式悬索桥的抗震设计时,可在塔梁处增设阻尼器,以达到减震效果。

两节点曲线索单元精细分析的非线性有限元法

从UL列式的虚功增量方程出发,引入索的基本假定,推导出了两节点曲线索单元切线刚度矩阵的显式;同时根据索的特性还导出了精确计算索单元索端力的表达式,从而建立起了一套完整的对拉索进行精细分析的非线性有限元法。应用本文方法,可进行大跨度悬索桥、斜拉桥以及张拉结构等的非线性有限元分析计算。算例结果表明,本文方法是精确有效的。

混凝土箱梁的水化热温度监测及裂缝控制

介绍了我国首次采用的 32 m铁路双线单箱单室混凝土箱梁水化热的测温方法 ,通过对现场温度的监测 ,给出了混凝土箱梁温度在横截面的分布和随时间变化的规律 ,分析出在混凝土硬化期箱梁容易出现裂缝的区域 ,并提出控制温度裂缝的有效方法 .

塔墩梁固结矮塔斜拉桥合龙顶推力的简化计算方法

为确定塔墩梁固结体系矮塔斜拉桥在中跨合龙时所施加的纵向水平顶推力的合理取值范围,从控制桥墩裂缝宽度的角度出发推导其简化计算方法。基于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中的裂缝宽度公式,推导双肢薄壁墩塔墩梁固结矮塔斜拉桥在顶推阶段和正常使用阶段的桥墩裂缝宽度与顶推力的关系式,由此确定合龙顶推力的取值范围,在此基础上考虑合龙温差对顶推力进行修正。以104国道上某三塔矮塔斜拉桥为例,计算该桥在中跨合龙时的顶推力,并与有限元计算结果进行对比,验证了该简化计算方法的有效性,且该方法具有较高的精度和计算效率。

自锚式悬索桥施工过程模拟分析

基于UL列式的虚功增量方程,推导出了适用于悬索桥缆索几何非线性分析的两节点悬链线索单元,并在此基础上,提出了一套模拟自锚式悬索桥施工全过程的精细迭代算法.以佛山市平胜大桥独塔自锚式悬索桥(主跨350 m)为例,对加劲梁的施工拟采用2种模拟方法,方法1为“等效集中力法”,即把加劲梁的重量等化为集中力作用在主缆上,而方法2则是考虑加劲梁的重量由主缆和加劲梁共同承担.应用自编程序,分别对其进行了施工过程的模拟计算,得到了各自的鞍座及索夹偏位、主缆初始线形等架设参数以及一期恒载、二期恒载状态下的结构几何形状及内力.通过对2种施工模拟方法的比较分析得出,方法1具有较好的可行性.

基于UL列式的两节点悬链线索元非线性有限元分析

从UL列式的虚功增量方程和索的悬链线方程出发,建立起了一套完整的对索进行精确分析的非线性有限元法。在该方法中,索的自重影响未作任何的近似予以考虑;导出的索单元切线刚度阵是显示表达式;索单元的节点力可以精确计算。本文方法可以方便地应用于大跨度悬索桥、斜拉桥以及张拉结构等的非线性有限元分析计算。

32m双线铁路简支箱梁管道摩阻试验研究

通过对小凌河 32m双线铁路简支箱梁桥实梁上 9种预应力筋束的管道摩阻试验 ,采用最小二乘法进行分析 ,从而得到预应力筋束与管道间的摩阻系数 μ和偏差系数k。试验结果表明 ,实梁上测得的 μ值略大于规范值。

高速铁路列车制动力对简支梁桥地震碰撞效应影响研究

以高速铁路三跨简支梁桥为例,采用ANSYS软件,建立了碰撞有限元模型,模型中考虑了地基变形和支座非线性的影响,并用Kelvin模型来模拟邻梁碰撞;根据规范和已有试验结果建立了高铁桥梁列车制动力模型,进行了高速列车制动力与EL-Centro地震波作用下的碰撞效应分析,探讨了列车制动力对简支梁桥地震碰撞效应的影响。研究表明:列车制动力可增大桥墩的墩底剪力,增大邻梁或梁台间距,增大邻梁最大碰撞力和碰撞次数,加剧固定支座的破坏;影响程度与列车制动力和地震力的方向、桥墩刚度有关。因此在高铁简支梁桥抗震设计时,有必要考虑将列车制动力与地震力进行组合,开展碰撞效应分析。

基于MR阻尼器的纵飘桥梁车辆制动力和地震作用下的混合控制

为了减小纵飘桥梁在制动力和地震作用下产生的较大主梁纵向位移,以某大跨度自锚式悬索桥为工程背景,开展基于MR阻尼器的减振(震)控制研究。通过车辆制动力作用下的振动控制和3种地震波下的减震控制仿真分析,获得各自的期望控制;以加速度的变化率作为控制阀值,建立车辆制动力和地震荷载作用的减振(震)混合控制系统;最后将该系统应用于实桥的减振(震)仿真分析。结果表明:Passive-on控制和基于模糊理论的半主动控制分别为车辆制动力下和地震荷载下的期望控制;在车辆制动力、实桥地震波、EL-Centro波和Takochi-oki波等作用下,混合控制系统具有可靠有效的荷载识别能力,在合成的外干扰力作用下实现了期望控制,减振(震)效果显著。

自锚式悬索桥磁流变阻尼器减震控制研究

为了减小自锚式悬索桥的地震响应,基于桥梁结构地震动力方程及磁流变阻尼器力学模型,建立桥梁结构—磁流变阻尼器减震系统并将其程序化,对某主跨350 m的独塔自锚式悬索桥进行减震控制研究,讨论了磁流变阻尼器输入电流、数目及安装位置对减震效果的影响。研究结果表明:采用磁流变阻尼器能够有效地减小自锚式悬索桥的纵向地震响应;随安装在塔梁之间顺桥向的磁流变阻尼器输入电流的增大及数目的增加,塔顶和主梁的纵向位移逐渐减小,结构的内力响应也得到有效控制;将全部磁流变阻尼器安装在塔梁之间顺桥向时减震效果最佳。

大跨度曲线刚构桥预应力设置对扭矩的影响

为了减小曲线梁桥的弯-扭耦合效应,以一座大跨度曲线连续刚构桥为依托,采用有限元软件MIDAS建立空间有限元模型,计算得到自重、预应力、混凝土收缩徐变等荷载作用下的主梁扭矩分布,结果表明:曲线刚构桥主梁的扭矩主要由自重和预应力产生,且随着曲率半径的减小显著增大。因此,改变预应力筋的设置方式是抵消主梁扭矩的一种有效措施,通过不同方式改变原设计方案的对称布筋方式,得知采用预应力筋的不对称张拉以及不对称布筋方式能有效抵消恒载产生的扭矩。

高铁简支梁桥横向地震碰撞效应及减震研究

为了研究高铁简支梁桥横向地震碰撞效应及减隔震装置的减碰效果,以7跨32m标准跨径简支梁桥为例,通过试验测定挡块的实际力-变形曲线,并基于SAP2000建立了考虑地震碰撞效应的有限元模型.在此基础之上,分析了轨道系统、挡块-垫石初始间距及挡块钢板厚度对桥梁地震响应的影响,并进一步探讨了橡胶垫层、铅芯橡胶支座(LRB)、摩擦摆支座(FPB)、高阻尼橡胶支座(HDR)及液体粘滞阻尼器的减碰效果.研究结果表明:轨道系统的约束作用会显著改变各桥跨之间的地震力分配;在所考虑的最大地震激励下,碰撞力峰值达2.18MN,挡块的非线性效应显著;对于本文算例而言,挡块-垫石间距设为3cm,挡块钢板厚度取32mm是一个较为合理的配置;减隔震装置能够有效地改善桥梁结构抗震性能,且其防碰减震效果受地震波频谱特性及自身作用机理的影响,其中,FPB支座具有较强的适用性,且安装FPB支座后各桥跨之间的地震力分配更加均匀.

新型黏滞-软钢阻尼器组合系统的概念设计与仿真验证

针对大跨度桥梁纵向振动控制问题,提出新型黏滞-软钢阻尼器组合系统,旨在利用质量较小的黏滞阻尼器抵抗温度、列车行车荷载、制动力、风及小地震作用,利用软钢阻尼器抵御大地震作用。首先,从概念上阐述黏滞-软钢阻尼器组合系统的工作机理;其次,以我国某特大铁路悬索桥设计方案为例,合理选择组合系统中黏滞阻尼器和软钢阻尼器的设计参数,并分别验证两者单独使用下的减振(震)效果;最后,对组合系统在各种动力荷载作用下的减振(震)效果进行分析,讨论系统锁定的延时效应。研究结果表明:新型黏滞-软钢阻尼器组合系统在列车行车荷载、制动力、风以及地震作用下的减振(震)效果良好,可实现组合系统的设计理念;组合系统的锁定延时会使主梁位移产生不利于减震设计的偏移,在实际工程中应尽量减小此效应。

基于限位索的简支梁桥地震防碰研究

强震作用下,简支梁桥固定支座容易发生破坏导致相邻梁体和梁台间产生较大的相对位移,引发邻梁碰撞,造成梁体的损坏甚至落梁。本文以我国西部某典型4×30 m公路简支梁桥为工程背景,分析了4种不同地震动激励下的碰撞效应,并在梁体间和梁台间引入限位索,进行了防碰撞研究。结果表明:在峰值加速度为0.30 g的地震动激励下,固定支座均出现了剪坏现象,梁体和梁台间最大相近位移超过了邻梁间距,均发生了碰撞;限位索可以有效地避免梁体间碰撞现象的发生,但在实际选用限位索数量时,既要考虑防碰撞效果,又要防止限位索拉断现象。