旋转质量摩擦阻尼器限位摩擦摆隔震桥梁地震响应分析

针对现有隔震桥梁限位装置以及摩擦阻尼器存在的不足,利用机械领域常用的滚珠丝杠提出一种具有响应放大和负刚度效应的新型旋转质量摩擦阻尼器(Rotational Mass Friction Damper,RMFD)限位装置,介绍该装置的构造及作用机理,推导装置的恢复力计算公式,进行拟静力试验,设计装置在隔震桥梁中的布置方式,给出了在SAP2000中实现RMFD装置恢复力模型的方法,利用MATLAB和SAP2000对同一单自由度结构的响应进行对比,验证了方法的有效性。进而以某一6跨连续摩擦摆隔震桥梁为研究对象,利用SAP2000软件对比分析大震下非隔震桥梁、摩擦摆隔震桥梁以及RMFD限位摩擦摆隔震桥梁的地震响应、减震率、支座位移控制效果,以及等效摩擦力变化时墩柱响应峰值、减震率及墩柱损伤状态的变化情况。结果表明:RMFD作为桥梁隔震限位装置,仅需要较小的螺栓预紧力即可获得较大的RMFD阻尼器出力,位移行程大、耗能能力强,能够有效地将隔震层的位移控制在允许范围之内,避免支座位移超限引起的落梁、碰撞等震害的发生;同时,桥墩的墩底剪力、墩顶位移等地震反应稍有增大,减震率有所降低,但降幅均在10%以内,隔震桥梁仍具有良好的减震效果;随着等效摩擦力的增大,墩顶位移、墩底剪力、墩底弯矩最大值均不断增大,但支座的位移逐渐减小,说明螺栓预紧力越大,隔震层的位移控制效果越好,但其余地震响应的控制效果变差,桥墩损坏程度会加大,因此应合理设计预紧力的大小以取得理想的减震效果。

新型旋转摩擦阻尼器性能研究

结构的抗震减震问题一直是行业研究热点,针对一种旋转摩擦阻尼器进行了细部设计以及耗能性能分析。根据旋转摩擦阻尼器力-位移公式,通过理论计算对阻尼器板件的受力性能进行了分析;建立阻尼器的ABAQUS数值模型,根据试验曲线验证了模型的正确性;利用数值模型探究阻尼器有关参数对耗能性能的影响,在控制起滑力相同的情况下,较小的初始夹角与较大的板长可以实现更大的耗能量。最后利用联合仿真,对旋转摩擦阻尼器在结构中的减震效果进行了验证分析。

高速铁路桥梁中旋转摩擦阻尼器减震性能研究

目前我国高速铁路桥梁中旋转摩擦阻尼器的应用较少,且其减震性能尚不够明确。基于此,本文推导了旋转摩擦阻尼器的力-位移理论公式,明确了其滞回耗能特征。之后采用ABAQUS平台建立了旋转摩擦阻尼器的实体有限元模型,并与基于理论公式的旋转摩擦阻尼器滞回曲线进行了校核对比,两者吻合较好。以该理论公式为基础,在OpenSEES软件中建立了多跨高速铁路简支桥梁-旋转摩擦阻尼器非线性有限元模型,通过弹塑性时程分析对比了地震下桥梁安装旋转摩擦阻尼器前后的结构位移响应大小研究结果表明:在设计地震、罕遇地震下能够通过摩擦耗能,有效降低墩顶峰值位移、桥墩残余变形,并且能有效降低活动支座的峰值位移、减小支座破坏的几率,在高速铁路简支梁桥中表现出了良好的减震性能。

旋转式摩擦阻尼器滞回性能及其在多阶段抗震中的应用

为了满足多水准设防的需求,提出一种具有变滞回特性功能的新型旋转式摩擦阻尼器(VH-RF),将其应用于桥墩结构中并验证其分阶段抗震性能。首先阐述了新型阻尼器的基本构造,揭示了工作机理与变滞回原理,建立了新型阻尼器的简化分析模型。然后基于ABAQUS有限元软件建立了新型阻尼器的实体有限元模型,并根据新型阻尼器的有限元模型分析以及简化分析模型,系统地研究了新型阻尼器的滞回性能及影响规律。最后在OpenSees软件中二次开发了新型阻尼器的恢复力模型,基于新型阻尼器优良的滞回性能,将其应用于双柱式桥墩中实现结构的分阶段抗震。结果表明:①VH-RF能够在不同变形时呈现出不同的滞回特性,小变形时具有稳定的耗能能力,大变形时不仅具有耗能能力还具有优良的自复位功能,VH-RF的简化分析模型和数值模拟结果吻合良好;②通过调整VH-RF设计参数,可有效实现调节VH-RF滞回性能的目的,具有良好的性能可调节性;③在双柱式桥墩中附加VH-RF可有效实现分阶段抗震的目的,进而提升桥梁结构抗震韧性。

SMA绞线预制梁-柱自复位耗能节点数值研究与参数优化

为了提高预制混凝土框架的抗震能力并控制震后残余变形,提出了一种新型的混合自复位预制混凝土梁柱节点(self-centring precast concrete beam-column connection,SC-PCBCC),其中采用了旋转摩擦阻尼器(rotational friction hinge damper,RFHD)和形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)并联的结构。重点探讨了使用SMA绞线控制的自复位装置对SC-PCBCC进行改进。首先,介绍了SC-PCBCC的结构和工作原理;其次验证对比了1.0%、1.5%、2%和2.0%预应变下的超弹性1×7 SMA绞线、RFHD和SC-PCBCC的有限元模型,并进行了初步验证。研究结果表明,该节点具有较高的刚度、承载力、耗能能力以及较好的复位性能;最后对SC-PCBCC中SMA绞线的关键参数:SMA绞线预应变、直径和长度进行了参数分析,以优化其抗震性能。建议SC-PCBCC使用的SMA绞线初始预应变、直径和长度范围分别为1.5%~2.0%、15~18 mm和175~205 mm,以实现SC-PCBCC的优异承载性能、能量耗散和自复位性能。此外,节点中的SMA绞线和RFHD可在震后快速更换,实现高效灾后修复。总体而言,所提出的SC-PCBCC表现出了卓越的减震能力、自复位能力和可修复性。