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。

双曲面球型减隔震支座与普通支座在成昆铁路典型桥梁上的抗震性能对比分析

以成昆铁路典型桥梁为研究背景,讨论了双曲面球形减隔震支座的抗震性能,对比分析了不同桥型对减隔震效果的影响。进一步地,讨论了桥墩的高度、形式以及位置对减隔震效率的影响。结果表明,双曲面球形减隔震支座对于简支T梁桥、简支桁架梁桥以及连续梁桥均有良好的减隔震效果。整体而言,双曲面球形减隔震支座对墩顶的载荷优化大于墩底,对弯矩的优化大于剪力;桥墩墩高、桥墩位置以及桥墩形式都会影响抗震支座的减隔震率。

双曲面球型减隔震支座震后自复位性能研究

为研究桥梁双曲面球型减隔震支座的震后自复位性能并评价现有表征方法,采用公式推导、试验和有限元计算方法,综合对比分析支座的静态残余位移和震后残余位移。基于支座结构推导静态残余位移理论公式,并以竖向设计承载力5000 kN支座为例,进行支座自复位性能的拟静力试验验证;进行双曲面球型减隔震支座模拟地震振动台试验,分析静态残余位移和震后残余位移的差别;以32 m跨典型铁路混凝土简支箱梁为背景,建立MIDAS Civil有限元模型,通过非线性时程分析方法,分析单次和连续2次地震波输入工况下支座的震后残余位移和自复位能力。结果表明:支座静态残余位移为支座等效曲率半径与支座等效摩擦系数的乘积,支座自复位性能的静态残余位移与理论值较为符合,二者偏差为4.92%;振动台试验和非线性时程分析下的支座震后残余位移平均值均为2 mm左右,均低于静态残余位移的5%;双曲面球型减隔震支座支承下的桥梁减隔震体系可以避免产生累积性的震后残余位移,具有强复位能力,而目前用静态残余位移来评价双曲面球型减隔震支座的震后自复位性能较为不妥。

双曲面球型减隔震支座设计参数分析研究

双曲面球型减隔震支座是我国研发的一种新型减隔震装置,正在被广泛应用于高烈度区大跨径连续梁桥的抗震设计中。该支座滑动球面的摩擦系数μ、球心距H和固定支座的水平极限承载力Fu是影响其抗震性能的3个重要参数。通过对这3个参数进行深入研究,得到桥梁抗震性能与3个设计参数的变化规律,可为采用双曲面球型减隔震支座进行抗震设计的桥梁提供指导。

工程结构中新型减隔震支座的研究综述

多次震害经验表明,通过在上部结构和地基之间设置减隔震支座,利用橡胶垫的变形使上部结构的振动周期延长,利用钢构件的屈服或者滑动摩擦耗能来达到消能减震的目的,是一项有效的防震减灾措施。论文从减震机理、性质及应用等方面系统阐述和总结了拉索减震支座、叠层橡胶支座、球形抗震支座以及若干新型减震支座的研究成果,对未来新型减隔震支座的研究方向进行了展望。

双曲面球型减隔震支座在连续梁桥的应用研究

作为我国研发的一种新型减隔震装置,双曲面球型减隔震支座具有构造简单、承载力大、耐久性好和可以提供可靠的自恢复能力等优点。对采用该新型减隔震支座的一大跨径连续梁桥的抗震性能进行深入分析与研究。结果表明:该新型支座具有十分稳定和高效的减隔震效果,为桥梁设计人员提供丰富的减隔震参数选择空间,非常适用于高烈度区大跨径连续梁桥的减隔震设计。

基于摩擦摆支座的高速铁路简支梁桥减隔震效果分析

为研究摩擦摆支座在高速铁路简支箱梁桥的减隔震效果,以24、32、40m典型跨径高速铁路简支梁桥为研究对象,采用MIDAS/Civil有限元软件分别建立传统抗震体系和减隔震体系模型进行非线性动力时程分析,研究桥梁墩高、桥梁跨径和地震动峰值加速度(PGA)等因素对简支梁桥地震响应的影响。研究结果表明:桥墩墩高和截面形式对墩底内力和墩顶位移的减震效果有较大影响,但在5~20m墩高内受墩高的影响更为显著;墩高从5m增加到20m时,墩底内力减震率分别为80%、35%,墩高从25m增加到45m时,墩底内力减震率分别为46%、37%;桥梁跨径对结构减震率有一定影响,但在10%以内;PGA对墩底内力和墩顶位移的减震率总体上影响较小;墩高和PGA对FPB支座位移影响较大,PGA影响更为显著,支座位移增大倍数明显大于对应的PGA增加倍数。

地震高烈度地区部分斜拉桥超大吨位减隔震支座设计研究

为确保地震作用下高烈度地区部分斜拉桥超大吨位减隔震支座的抗震性能,以靖远金滩黄河大桥为背景,对该桥20000 t级减隔震支座进行结构设计与性能研究,并开展全桥减隔震体系性能分析。通过将支座设计为具有自润滑功能,精准控制摩擦副摩擦系数使支座在常规工况下(摩擦系数在0.03以内)与地震工况下(摩擦系数大于0.05)分别发挥作用;正常位移及转动摩擦副与减隔震摩擦副的耐磨板分别采用改性超高分子量聚乙烯和改性聚四氟乙烯,保证了支座摩擦副的耐磨性能;将限位装置安装在支座侧面实现了支座限位装置的可更换性。结合仿真分析、抗剪销抗剪试验和支座缩尺模型试验对支座各构件强度、抗剪销性能及支座性能进行了验证。利用有限元软件开展了全桥减隔震体系性能分析,采用反应谱法与时程分析法分析了E2地震作用下桥墩及桩基础强度、支座剪切位移、伸缩缝变位,结果表明主墩、过渡墩及其桩基础截面抗弯能力,主墩支座剪切位移,过渡墩墩顶伸缩缝宽度均满足要求。

中小跨径梁桥中组合橡胶支座的减隔震性能分析

地震作用下,中小跨径梁桥所用板式橡胶支座易出现滑动,使墩梁的位移偏大,而组合橡胶支座的耗能能力及位移能力相对高。采用拟静力试验及有限元分析探讨了组合橡胶支座、板式橡胶支座各工况下的地震响应,结果表明:中小跨径梁桥采用组合橡胶支座能够有效防止支座滑动,显著降低了桥墩弯矩与支座位移。

罕遇地震矮塔斜拉桥双曲面球形减震支座与液体黏滞阻尼器联合应用研究

通过研究罕遇地震作用下,双曲面球形减隔震支座与液体黏滞阻尼器联合应用的减震机理和减震效果,为高铁矮塔斜拉桥减隔震设计提供依据。以某矮塔斜拉桥为背景,建立Midas有限元模型,单独使用双曲面球形减隔震支座和液体黏滞阻尼器,并将二者联合应用,分别进行减隔震装置的参数优化与减震效果对比分析。研究结果表明:单独使用双曲面球形支座和黏滞阻尼器时内力的最大减震率在85%左右,但会增加墩梁之间的相对位移,最大值为99%(除去固定支座);在墩底弯矩降低的前提下,联合使用双曲面球形减隔震支座和液体黏滞阻尼器会减小墩梁之间的相对位移,减小幅度为51%~69%。单独使用双曲面球形减隔震支座和液体黏滞阻尼器对全桥内力的减震率高,但增加了墩梁相对位移;双曲面球形减隔震支座与液体黏滞阻尼器联合应用,可在降低全桥内力响应的同时减小墩梁相对位移,在实际应用中优先推荐使用。

罕遇地震下高速铁路大跨矮塔斜拉桥减隔震性能研究

为研究不同减隔震装置对高速铁路大跨矮塔斜拉桥的减隔震机理,以某(90+180+90)m矮塔斜拉桥为研究背景,基于非线性时程分析建立有限元模型,研究摩擦摆支座、黏滞阻尼器和减隔震组合装置的减震效果及桥梁的抗震性能。结果表明:罕遇地震作用下,全桥主塔处采用摩擦摆支座和黏滞阻尼器的组合装置可以有效解决抗震问题,优化后选取摩擦系数为0.06、曲率半径为2 m的摩擦摆支座和阻尼系数为12000 kN·(m·s^(-1))-α、阻尼指数α为0.8的黏滞阻尼器;相比于单独使用摩擦摆支座或黏滞阻尼器,减隔震组合装置可大幅度减小全桥各关键截面的内力、桥墩位移及梁端转角,显著提升桥梁的抗震性能,剪力和弯矩的减震率分别达70.85%和76.94%,桥墩墩顶位移减震率达76.08%;各关键截面安全系数均大于1,结构均处于弹性范围,满足桥梁抗震性能的要求。

双曲面球型减隔震支座的开发及应用

首先比较了现行的几种保证连续梁桥顺桥向抗震安全的减隔震措施,然后详细介绍了同济大学桥梁工程系新近开发的双曲面球型减隔震支座的抗震机理和构造特点,接着简要介绍、分析了对该支座进行的抗震性能试验的研究结果,最后通过对一个11跨连续梁桥算例的抗震分析,表明这种减隔震支座非常适用于连续梁桥的减隔震设计.

双曲面球型减隔震支座的竖向位移分析

介绍了双曲面球型减隔震支座的构造特点和工作机理,表明其能够满足减隔震支座的三个基本要求,并具有结构简单、抗震性能稳定可靠的优点.分析了在地震作用下该支座产生竖向位移的原因和影响因素,并通过试验验证了理论分析的结果.通过对一个2跨连续梁桥算例的非线性时程反应分析,表明此竖向位移对梁体的响应不会有很严重的影响,该支座完全可以满足连续梁桥的减隔震要求.

双曲面球型减隔震支座曲线连续梁桥的减隔震

针对某3跨门式桥墩轨道交通曲线连续梁桥,采用其桥址《地震安全性评价报告》提供的3条地震动时程曲线,应用SAP2000有限元软件,分析未隔震和双曲面球型减隔震支座隔震条件下的罕遇地震响应,进行双曲面球型减隔震支座曲线连续梁桥的减隔震研究。研究结果表明,曲线连续梁桥各桥墩的内力响应受响应内力方向与地震动输入方向夹角的影响;仅固定墩切向隔震时,固定墩的切向内力大幅减少,弯矩和剪力分别减小约70%和50%,但各墩的径向内力均有增加,最大增幅约达10%,不能满足桥梁的抗震要求;固定墩切向和径向双向、滑动墩径向隔震时,固定墩的切向和径向内力均大幅减少,弯矩和剪力分别降低约73%和49%,同时各滑动墩的径向内力也大幅降低40%～60%,减震效果明显。

地震作用下双曲面球型减隔震支座在铁路简支梁桥中的动力行为

为研究双曲面球型减隔震支座在铁路简支梁桥中的减隔震效果,采用ABAQUS软件建立8m及25m墩高的铁路简支梁桥有限元模型,进行地震荷载作用下的非线性动力时程分析。通过对有限元计算结果与振动台模型试验结果进行对比,验证有限元模型的正确性。与普通球型钢支座作对比,分析地震作用下双曲面球型减隔震支座的水平滑动位移、竖向位移和竖向荷载变化等动力行为。研究得到双曲面球型减隔震支座在不同地震烈度下的水平滑动位移范围。研究结果表明:相对于普通支座,双曲面球型减隔震支座在大多数情况下,能明显减小顺桥向地震作用造成的简支梁固定端与滑动端之间的竖向相对位移,对轨道结构造成的不利影响更小;双曲面球型支座能显著降低横桥向地震作用造成的支座竖向荷载变化幅值,并有效避免支座滑动面发生脱离碰撞。

长联连续梁桥双曲面球型减隔震支座参数影响研究

为研究双曲面球型减隔震支座的球面滑动摩擦系数μ_(2)、温变间隙Δ对长联大跨连续梁桥地震响应的影响,以某一联(50+8×100+50)m连续梁桥为对象,采用MIDAS Civil软件建立有限元模型进行分析。提出采用钩单元、间隙单元与摩擦摆单元并联后再与摩擦摆单元串联的方式模拟双曲面球型减隔震活动支座的力学行为。基于有限元模型和时程分析法研究μ_(2)、Δ对支座最大抬升量、墩梁相对残余位移、墩梁最大相对位移、墩底最大弯矩的影响规律。结果表明:支座最大抬升量曲线呈“W”形;μ_(2)、Δ对支座最大抬升量、墩梁相对残余位移的影响最为显著,对墩底最大弯矩的影响较小;μ_(2)增大,桥梁各项地震响应均减小;Δ增大,支座最大抬升量、墩梁最大相对位移、墩底最大弯矩增大;Δ对墩梁相对残余位移的影响较复杂,总体随Δ增大而减小。

液体粘滞阻尼器配合双曲面球型支座在大跨连续梁桥中的减隔震研究

大跨度连续梁桥由于上部结构惯性力较大,导致传统延性抗震设计方法很难满足桥梁抗震性能需求,减隔震技术是解决这一问题的有效途径之一.采用液体粘滞阻尼器配合双曲面球型减隔震支座对某高烈度大跨连续梁桥进行了减隔震设计,结果表明:液体粘滞阻尼器减震效果明显,但固定墩地震力较大仍难以满足要求;采用双曲面球型减隔震支座,除边墩受地震力明显增大外其余墩较均匀的分担了地震荷载,墩身抗震性能充分发挥,且其具备自复位功能震后修复难度较低;液体粘滞阻尼器配合双曲面球型减隔震支座时减震效果明显优于仅设置阻尼器,且前者具备一定的自复位功能,与设置双曲面球型支座相比前者解决了边墩的抗震问题.本桥减隔震设计中此方法最优,该方法可为高烈度区大跨连续梁桥的抗震设计和抗震加固提供参考.

高烈度震区大跨径中承式钢箱系杆拱桥减隔震技术研究

为了研究高强度地震作用下大跨径中承式钢箱系杆拱桥地震响应及减隔震技术,以西双版纳黎明大桥为工程背景,选取类似场地的实际地震动记录作为输入地震波,采用非线性时程分析法,研究支座类型及参数变化对拱桥结构的减隔震效果。结果表明:相比于普通支座,减隔震支座能大幅降低结构内力,但纵向位移有所增加,且摩擦摆支座的减隔震效果要强于铅芯橡胶支座;摩擦摆支座+黏滞阻尼器联合抗震体系能够有效降低纵向和横向位移,进一步能提升桥梁的抗震性能;对联合抗震体系进行参数敏感性分析可知:最佳的参数范围是:摩擦因数为0.04,曲率半径在3 200~4 200 mm,阻尼系数为6 000,阻尼指数在0.2~0.4;在最优抗震体系下,结构位移和内力均显著降低,最大减震率分别达到了75.3%和82.3%,表明该体系大幅提高了拱桥抵抗地震的能力,为同类桥梁减隔震设计提供参考。

高烈度区长联PC连续梁桥减隔震措施分析

为了明确高烈度区长联预应力混凝土(prestressed concrete,PC)连续梁桥滑动摩擦摆式支座的减隔震性能,针对设防烈度为9度的某长联PC连续梁桥,利用CSiBridge软件建立大桥空间梁单元非线性分析模型,以普通球型钢支座地震响应为基准,对比分析铅芯橡胶支座与滑动摩擦摆式支座的减隔震性能,并对滑动摩擦摆式支座的摩擦系数和支座曲率进行参数分析。结果表明:在长联连续梁桥中,相比于铅芯橡胶支座,滑动摩擦摆式支座减隔震效果更好,固定墩内力与变形更小,全桥受力更加均匀合理;对于滑动摩擦摆式支座,摩擦系数越大,长联连续梁固定墩墩底弯矩与墩顶位移越大,摩擦系数变化20%,固定墩墩底弯矩最大值变化约1.67%,墩顶位移极值变化约1.45%;支座曲率半径对长联连续梁地震响应的减隔震性能影响较小,曲率半径增大1.5 m,固定墩墩底弯矩最大值增大约0.97%,固定墩墩顶位移增幅约为0.37%~1.39%。

渡槽双曲面球型减隔震支座设计及减隔震效果

结合南水北调中线沙河南—黄河南沙河段工程,借鉴桥梁相关规范和设计经验,采用双曲面球型支座减隔震技术对渡槽进行隔震设计,提出了支座设计流程及支座关键部位球芯的详细设计步骤;然后应用SAP2000有限元软件,分析渡槽结构的动力特性和地震响应,并采用非线性时程分析方法和减震率指标与渡槽铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座的减隔震效果进行了对比分析。结果表明,采用三种隔震支座后,渡槽支承结构顶部位移及底部剪力都明显减小,但双曲面球型减隔震支座的渡槽减震效果更好。