近断层地震动下减隔震桥梁地震反应分析

为了解采用减震榫和拉索限位器的连续梁桥在近断层地震动下减震系统的减震效果,以1座(40+64+40)m高速铁路预应力混凝土连续梁桥为背景,采用结构分析软件SAP2000建立了考虑邻梁碰撞效应的动力弹塑性计算模型,通过输入具有速度脉冲特性的近断层地震动和无速度脉冲地震动进行非线性时程反应分析。结果表明:在具有速度脉冲效应的近断层地震动下,采用减震榫和拉索限位器的组合减震系统可以起到较好的减震效果,其减震率可以达到60%以上;具有速度脉冲效应的近断层地震动对减震桥梁会产生更强烈的地震反应,也更容易引起邻梁碰撞,忽略碰撞效应将会高估减震效果。

锁死销对连续梁桥地震响应的影响

为了解锁死销对不同墩高的连续梁桥纵向抗震性能的影响,基于锁死销的工作原理,以石长铁路沅江特大桥主桥[(62.5+5×96+62.5)m预应力混凝土连续梁桥]为背景,采用ANSYS建立不同墩高的全桥有限元模型,分析了锁死销的减震性能及其参数对减震效果的影响。结果表明:在滑动墩上设置锁死销可显著提高连续梁桥的整体抗震性能,适度增加各滑动墩内力响应可有效降低固定墩的内力和梁端位移;减震效果随着加速度激活阀值的增大而逐步降低;加速度激活阀值和锁死间隙变化时,滑动墩墩高越矮,其地震响应变化越明显。建议采用锁死销装置对不同墩高的连续梁桥进行减震时应注意对矮墩的保护。

基于半桥试验的双塔斜拉桥纵向地震响应研究

为克服振动台进行小比例大跨度斜拉桥模型试验的局限性,以一座主跨为680m的对称大跨双塔斜拉桥为原型,设计缩尺比为1∶40的混凝土斜拉桥的半桥模型。采用振动台试验方法,研究纵向一致地震激励下半桥模型替代对称双塔斜拉桥的可行性。首先,基于动力学基本理论,提出双塔斜拉桥简化为等效半桥模型的边界条件,并通过两种模型的动力特性对比验证所提出的等效边界的合理性。其次,设计纵向地震作用下对称边界的实现方式,开展不同结构体系的半桥模型在纵向地震作用下的振动台试验;并进一步对比探讨纵向黏滞阻尼器对斜拉桥地震响应的控制效果。研究结果表明:不同PGA的地震动纵向一致作用下,等效半桥模型与全桥模型的地震响应规律基本相同;黏滞阻尼器对半漂浮体系斜拉桥的梁端和塔-梁的位移响应的有较好的减震效果。

磁流变式调谐液柱阻尼器抑制结构地震作用半主动控制

磁流变式调谐液柱阻尼器(MR-TLCD)是由调谐液柱阻尼器(TLCD)和磁流变液阻尼器(MRD)组成的新型半主动控制装置。依据Lagrange方程建立了MR-TLCD与单自由结构耦合运动方程,基于线性二次型经典控制计算出最优主动控制力,采用Bang-Bang、离复位以及限界Hrovat最优控制三种算法来实现半主动控制策略,以Northridge地震动为例在Matlab/Simulink模块下进行了仿真计算。结果表明三种半主动控制策略中离复位控制最优,限界Harvot,Bang-Bang次之,且都优于被动控制效果。相对位移控制效果好于相对加速度,均方根值效果好于峰值效果。但MR-TLCD抑制结构受到此类特征周期地震作用时有放大加速度峰值可能。

双层高架桥下层桥面与墩柱间的碰撞效应研究

为减轻双层高架桥的碰撞震害，保证桥梁在大震下不倒塌的设防目标，以某双层高架桥（3等跨连续梁桥）为背景，针对下层桥面与墩柱之间的横向碰撞问题，基于Kelvin接触单元建立了非线性分析模型，对比研究了碰撞刚度、初始间隙和恢复系数对桥梁地震响应的影响，提出采用高阻尼橡胶垫作为减碰对策，并对不同厚度橡胶垫的减碰效果进行了分析。研究表明：碰撞的最不利影响在于下横系梁及其节点；碰撞引起下横系梁节点剪力突变，导致节点破坏；碰撞刚度越大，下横系梁节点剪力突变越明显；初始间隙为2.8cm时，碰撞的不利影响最大;恢复系数的影响可忽略；高阻尼橡胶垫可有效地降低碰撞带来的不利影响，且橡胶垫越厚，效果越明显。综合考虑经济性和实用性，桥例采用5cm厚橡胶垫即可达到显著的减碰效果。

软钢阻尼器在钢框架中减震效果分析

本文通过对未安装阻尼器的纯框架结构和自下而上逐层增设阻尼器的结构进行非线性地震反应分析,考察软钢阻尼器在钢框架结构中的减震效果。计算结果表明,在结构中安装阻尼器具有一定的减震效果,其减震效果大体上随着自下而上增设阻尼器层数的增多而加强,即各层均设有阻尼器时的减震效果最佳。同时也发现,仅在1至5层安装有阻尼器的结构与各层均设有阻尼器的结构相比其减震效果有所减弱,但地震反应没有明显的增大,且各层地震反应比较均匀,也能够获得较为理想的减震效果。

受剪承载力分配率对减震效果影响分析

通过对未安装阻尼器的纯框架结构和按不同的承载力分配率层层设置阻尼器的结构进行非线性地震反应分析,考察不同的承载力分配率条件下软钢阻尼器的减震效果。通过参数分析得到验证,存在使阻尼器的减震效果达到最佳状态的受剪承载力分配率,其值大约为0.4～0.6,同时也表明在较大的分配率范围内阻尼器均具有明显的减震效果。

填土加筋对悬臂式挡墙地震响应影响的模型试验研究

为探讨墙后填土加筋对悬臂式挡墙抗震性能的改善效果,开展了缩尺比1∶4的悬臂式挡墙及墙后填土加筋的振动台模型试验。采用小震0.11g、中震0.24g、大震0.39g的简谐波激励模型结构,获得加速度、位移、土压力等响应量,分析了填土加筋对模型自振频率和阻尼比的影响,对比加速度放大系数、振动位移、墙-土相互作用等地震响应差异,讨论了填土加筋的减震效应随加载幅值变化特征。试验表明:填土加筋可提高墙-土体系的整体性、减小振动伤损,自振频率和阻尼比在历经振动后的变化幅度相对未加筋模型更小;加筋措施可使小震和中震下墙体惯性力与地震土压力产生明显相位错峰,大幅降低不利位移状态时墙体承受的地震土压力,但大震下墙体水平位移小于填土,墙-土挤压作用显著,减震效应发挥欠充分。

铺前大桥主桥近断层地震响应及减震设计

海南铺前大桥主桥为跨度(230+230)m的独塔扁平钢箱梁斜拉桥。鉴于工程场地近场发生过7.5级的大地震,需进行近断层地震响应分析。在PEER数据库选取4组近断层场地震动,进行调幅使之匹配设计目标反应谱。采用MIDAS Civil建立主桥有限元模型,分析主桥在4组地震动输入下的响应,在此基础上进行减震设计。该桥纵向采用半飘浮体系,主梁纵向均设活动支座,在桥塔、主梁间设置纵向粘滞阻尼器及横向E型钢阻尼器,同时在主梁、边墩间设置横向E型钢阻尼器。采用数值分析和模型振动台试验对减震效果进行验证,结果表明设置阻尼器后有效减小了主桥的地震响应,主桥的抗震性能满足要求。

考虑行波效应的长联大跨径减隔震连续梁桥地震响应研究

为探讨行波效应对长联大跨径减隔震连续梁桥结构地震响应的影响规律,以某长联大跨径钢桁架连续梁桥为对象,建立了该桥采用双曲面球型减隔震支座进行减隔震设计的三维有限元分析模型,通过基于大质量法的非线性时程分析,对该桥考虑行波效应和一致激励下的地震响应进行了计算和对比分析。研究结果表明:行波效应对大桥地震响应的影响较为明显,且与一致激励工况相比,考虑行波效应后大桥内力响应可能发生明显增大,不利于结构安全,而导致响应增大所对应的地震波视波速则会随支座参数改变发生变化;同时主梁位移则随加载视波速的增加缓慢增大,在一致激励作用下达到峰值;在类似减隔震设计中,应考虑行波效应的影响以保证结构响应在安全范围内,主梁位移可偏安全地以一致激励所得结果为准。

黏弹性减震楼盖与传统楼盖钢框架抗震性能对比研究

为量化研究黏弹性减震楼盖(压型钢板组合楼板与H型钢梁间设置夹层黏弹性减隔震支座)钢框架的抗震性能,给出了减震楼盖钢框架梁与传统楼盖钢-混凝土组合梁的抗弯刚度对比关系,考虑减震楼盖组合梁效应缺失对框架整体抗侧刚度进行修正,建立了减震楼盖钢框架动力分析模型。采用所建立的模型,计算设置黏弹性减震楼盖的多层钢框架结构地震响应,并与传统楼盖钢框架地震响应进行对比,量化了黏弹性减震楼盖钢框架相对于传统钢框架的抗震性能提升。研究结果表明:由于减震楼盖的黏弹性支座引入可观的附加阻尼,框架整体地震响应可得到有效控制;对于各层均设置黏弹性减震楼盖的钢框架结构,在常规设计范围内,其楼面加速度、层间侧移可比传统楼盖钢框架降低30%~40%;对于多层减震楼盖钢框架,其上部楼层的减震楼盖支座耗能贡献明显大于底部楼层的黏弹性支座耗能贡献;仅在结构上部楼层设置减震楼盖时,其对地震响应的减控效率可与全楼层设置减震楼盖接近。

设置被动摩擦减振装置的多层建筑地震反应能量特点

研究了设置摩擦减振装置的多层建筑结构地震反应能量特点.首先建立了摩擦阻尼器的力学模型和结构-阻尼器体系的动力分析模型.进一步地,提出了设置阻尼器的结构体系的能量评价准则.在此基础上以某多层建筑结构为工程背景,研究了在不同类型地震地面运动作用下,设置控制装置的结构体系的振动能量特点.分析表明所提出的能量标准可以有效地描述地震作用下受控结构的能量特点.