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。

工程结构中的新型减隔震支座关键技术研究

减隔震支座作为工程结构中重要的一部分,在地震和振动环境下发挥着至关重要的作用。介绍了减隔震支座的概念和分类,包括主动式、被动式和半主动式减隔震支座,并探讨了它们的特点和应用,并分析了新型减隔震支座与传统减隔震支座的区别,还关注新型减隔震支座的关键技术,包括材料选择、结构设计、控制系统设计、监测与维护技术以及环境适应性与可靠性研究。

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。

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。

一种新型的MR隔震减振支座及其剪切性能试验研究

基于磁流变(MR)智能材料的减振器技术的研究可以为实现工程结构隔震减振自适应控制开辟一条新的途径。设计加工了一种新型的分体式MR隔震减振支座,并对该隔震减振支座的剪切性能进行了试验研究。新型MR隔震减振支座包含MR塑性体工作单元和MR弹性体工作单元,其中MR塑性体提供小位移工况时的刚度和阻尼,MR弹性体提供大位移工况时的刚度和阻尼。结果表明:新型MR隔震减振支座的剪切刚度随着工作电流强度的增大而增大,相较无电流工况,电流强度为2A时等效剪切刚度相对变化率可达到50%以上;无电流输入时支座中基体及普通填充橡胶仍可提供一定阻尼力,能够有效吸收振动能量,达到中高阻尼橡胶支座的性能;竖向压应力提高了新型MR隔震减振支座的剪切刚度;小位移时加载频率的降低对新型MR隔震减振支座的剪切刚度有增益效果。该新型MR隔震减振支座可以适用于震动荷载工况复杂多变,需要严格控制大位移变形的隔震结构物。

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。

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。

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。

橡胶减隔震支座技术探究

橡胶减隔震支座具有经济性和安全性等优势,且具有较长的使用寿命。利用橡胶减隔震技术,可以减少大部分的地震能量,减少地震对房屋的破坏。本文剖析橡胶减隔震支座技术的原理,安装流程和应用难点,并提出技术应用建议和措施,旨在为施工单位提供一定的参考借鉴。

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。

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%。

MR支座在网架隔震减振中的应用研究

MR(Magneto-Rheological,磁流变)材料能够实现隔震减振支座变刚度和阻尼的性能,通过现场实测数据,建立水电站厂房网架结构计算模型及参数,计算分析现场实测振动数据和汶川地震波2种条件下MR支座的隔震减振性能。计算结果表明,该模型参数能够模拟网架实际振动情况,MR隔震减振支座能够有效降低厂房网架在泄水时的振动,在遭遇强地震时有一定的控制效果。

不同减隔震支座组合对连续梁桥抗震性能影响分析

针对连续梁桥设置了不同组合的减隔震支座,采用动力时程分析方法探讨桥梁结构的抗震性能,对比分析了不同支座的减隔震效果。研究发现采用板式橡胶支座组合时,桥梁结构的各项地震响应均相对较大,支座承受的水平剪力相对较小;采用高阻尼橡胶支座组合时,支座的滞回耗能使地震作用下的主梁位移以及桥墩墩底弯矩、剪力、墩顶位移均有所减小,桥梁结构的抗震性能相对较好。减隔震设计能在一定程度上减小地震引起的桥梁结构损伤。

一种基于自适应屈曲装置的减隔震支座研究

为实现桥梁的抗震韧性,提出一种以往复弹塑性变形耗散地震能量的自适应屈曲装置。采用有限元法分析该装置的抗震机理及影响参数;将该装置应用于减隔震支座中,通过算例验证该类支座的抗震性能。结果表明:自适应屈曲装置的抗侧刚度随着荷载增加逐渐退化,整体柔性增强,可有效延长结构自振周期,其荷载~位移曲线呈三阶段特性,符合抗震韧性设计要求;屈曲装置的抗侧刚度随着斜杆水平倾角的增大而降低,随着斜杆截面半径的增大而增大,随着斜杆数量的增多,装置的刚度退化曲线更为平滑。基于自适应屈曲装置的减隔震支座较传统延性抗震设计更能延长结构自振周期,在多级地震作用下,该装置可自适应多级性能目标,其屈服位移谱小于水平塑性位移,装置始终处于弹性阶段,具有良好的抗震韧性及自复位能力。

高速铁路多跨长联矮塔斜拉桥减隔震设计研究

多跨长联连续梁结构存在固定墩地震力大、延性部位震后不易恢复等问题,在高烈度震区抗震设计存在困难。为了解决高速铁路多跨长联矮塔斜拉桥的抗震设计问题,以某(65.65+8×110+65.65) m单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥为研究对象,采用非线性时程积分方法,对单固定墩、刚构连续梁和摩擦摆支座隔震3种不同的抗震体系方案进行分析比选。研究结果表明,采用摩擦摆支座隔震体系方案优势明显,在地震作用下,与单固墩体系相比,桥墩横桥向墩底弯矩普遍减小70%以上,固定墩纵桥向墩底弯矩减小约80%;进一步通过摩擦摆隔震支座参数分析,确定了合适的支座参数,获得较好的支座变形量、墩顶剪力,减隔震效果明显。因此,在桥墩剪跨比小、下部结构刚度大的情况下,设置摩擦摆隔震支座后,可显著减小地震时下部结构的地震响应,使各个桥墩受力均匀,同时通过合理的支座设计可满足大震位移需求,并具有足够的自复位能力。

高速铁路高低塔斜拉桥减隔震装置研究

通过分析各类减隔震装置对高速铁路高低塔混合梁斜拉桥的减隔震作用,从而选取合理减隔震装置。以阜淮(阜阳—淮北)新建高速铁路跨颍河主跨230 m的高低塔混合梁斜拉桥为研究对象,建立铅芯橡胶支座、摩擦摆式减隔震支座、黏滞阻尼器有限元模型,采用非线性时程分析法对塔底弯矩、梁端水平位移等目标函数进行地震响应分析。结果表明:采用铅芯橡胶支座,塔底弯矩降幅达到49.9%;采用摩擦摆减隔震支座,塔底弯矩降幅达到54.3%;采用黏滞阻尼器,塔底弯矩降幅达到62.0%。对于高速铁路高低塔混合梁斜拉桥而言,黏滞阻尼器减隔震装置更合理,并给出合适设计参数。

基于频率的叠层橡胶隔震支座损伤识别研究

提出一种基于自振频率的叠层橡胶隔震支座的损伤识别方法。通过叠层橡胶隔震支座的周期结构特性,利用周期结构特征波导纳法,推导自振频率与基本周期单元整体剪切模量变化之间的关系,建立自振频率变化率对单元损伤的敏感性识别方程组,并采用约束优化方法求解该识别方程组,实现基于自振频率变化的叠层橡胶隔震支座的损伤识别。算例模型考虑了上部结构对底层橡胶支座的影响,使计算模型更加符合工程实际。通过三维有限元数值仿真分析验证了本文所提损伤识别方法的有效性和精确性。

公轨合建大跨长联桥梁减隔震设计关键技术研究

文中从公轨合建大跨长联桥梁结构特点出发,推荐采用具有双向隔震功能的位移型减隔震支座方案,尤以高承载力的双曲面摩擦摆减隔震支座最合适。通过对双曲面摩擦摆减隔震支座参数分析,提出采用上限和下限不同隔震状态确定控制区域范围进行减隔震设计。同时对于采用双曲面球型摩擦摆减隔震支座的公轨合建桥梁,需要考虑支座附加变形影响,开展车桥耦合振动分析,减隔震支座附加变形对车辆竖向加速度指标影响较大,应重点关注。

城市混凝土连续梁桥抗震及减隔震受力分析

本文以一座主跨 82m 的城市预应力混凝土连续梁桥为研究对象,对其进行抗震及减隔震分析。结构分别采用盆式橡胶支座和摩擦摆式减隔震支座,并利用有限元分析软件进行计算分析,结果表明:采用常规的盆式橡胶支座体系,固定墩承担了全桥的大部分水平力,固定墩支座的水平承载力成为全桥的抗震薄弱环节,不适宜在高烈度区、场地类型差的情况下采用;摩擦摆式减隔震支座与盆式橡胶支座相比,具有良好的减隔震性能。