高效吸能合金钢耗能限位装置力学性能及减震效果研究

为提高梁式桥的抗震性能,减少落梁震害的出现,利用高效吸能合金钢这种延伸率高达68%、断裂强度高达564 MPa的新型航天材料,研发一种新型耗能限位装置。首先,对组成该装置的高效吸能合金钢拉杆及波纹钢管的力学性能进行有限元分析及试验研究,分析各设计参数对其力学性能的影响。然后设计并制作高效吸能合金钢耗能限位装置试验件,进行拟静力试验。最后将该装置应用于一座三跨简支梁桥,分析其对桥梁地震响应的影响。根据有限元计算与试验研究结果,高效吸能合金钢耗能限位装置滞回曲线为滑动的纺锤形,整体形状较为饱满,具有较好的耗能能力。该装置在地震作用下能滞回耗能,将台梁及墩梁相对位移降低至少50%,避免了梁台及梁梁碰撞的发生,起到了防碰撞防落梁的效果。

采用超高性能混凝土和限位装置的斜拉桥易损性分析

斜拉桥作为交通网络中控制性的重要节点,在强震作用下其钢筋混凝土塔柱易产生塑性破坏,从而延误灾后应急救援工作的开展。基于此提出了一种既采用新型材料又采用新型限位装置的斜拉桥结构体系,用于提升斜拉桥的抗震韧性,在仅采用形状记忆合金(SMA)拉索限位装置的普通斜拉桥基础上将塔柱中容易损伤的塑性铰区普通混凝土采用超高性能混凝土(UHPC)代替,分别建立普通斜拉桥与新型韧性斜拉桥的有限单元模型,在远场和近场地震波的作用下分别开展桥梁构件和结构体系的易损性分析。研究结果表明:同时采用UHPC和SMA拉索限位装置的斜拉桥仅需增加少许成本即可大幅提高斜拉桥结构体系的易损性,极大地拓展了UHPC材料和SMA拉索限位装置的应用场景。

地震落梁两级控制装置的开发与试验

为了增强桥梁抗御地震落梁的能力,减轻交通生命线系统的震害损失,基于耗能减震、多级设防和结构分灾三个抗震性能设计理念,设计了一种具有耗能限位和上部体系连续化两级功能,并能在不同水准地震下自动实现功能转换的地震落梁控制装置。首先,分析了装置的构成、特点和工作机理,对第1级耗能限位组件进行了拟静力试验,测试了耗能滞回曲线;然后,对第2级拉索连梁组件进行了静力拉伸试验,评价了其变形性能、破坏形式和锚固性能;最后,对抗震销栓进行了剪切试验,考察了控制级别的转换,采用试验结果对有限元模拟结果进行了验证。研究表明,地震落梁两级控制装置具有有效的位移约束、合理的耗能机制和明确的分灾保险丝构造,实现了梁-梁连接和墩-梁连接控制模式的优势互补,实现了强震作用下对桥梁落梁失效的控制和对桥墩的安全保护。

提高底层柔性结构抗震性能方法的研究

总结了目前提高底层柔性结构抗震性能的若干方法,通过对已有方法的构造、效能、研究状况及应用等情况的分析,重点阐述了各种方法在实际应用时的优缺点,并介绍了一种新型提高底层柔性结构抗震性能的方法——耗能限位体系。