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。

轴压比和面承板厚度对混合节点抗震性能的影响

为了研究新型柱全截面隔板式钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合框架节点形式的抗震性能,考虑不同轴压比和面承板厚度的影响,对2组共6个3/4比例的梁柱节点进行低周往复加载试验研究.试验中所有试件均发生设计预期的节点剪切破坏,滞回曲线呈弓型,表明节点具有良好的抗震性能.试件最终因节点区的混凝土开裂剥落而丧失承载力.试验结果表明,当轴压比为0~0.25时,随着轴压比的增大,RCS节点开裂荷载有所增大,峰值荷载前斜裂缝数量减少、宽度减小,试件的承载力、刚度和耗能能力均有所提高.节点域柱纵筋黏结应力随轴压比增大而减小,表明节点域内黏结状况有明显改善.相较于单向面承板试件,双向面承板试件在承载能力、延性和耗能能力方面均表现出显著提高;当双向面承板厚度由6 mm增加至10 mm时,试件峰值承载力和刚度的提升幅度相对有限.

成型钢筋混凝土T形梁抗震性能非线性有限元分析

成型钢筋采用钢筋集中加工与配送模式,具有生产效率高、质量稳定、经济性好等特点,是建筑工业化的重要环节。成型钢筋骨架和钢筋焊接网是2种常见的成型钢筋。针对腹板配置成型钢筋骨架、翼缘配置钢筋焊接网的混凝土T形梁,基于有限元软件ABAQUS建立了考虑成型钢筋构造的非线性有限元模型,有限元分析结果与完成的成型钢筋混凝土T形梁低周反复荷载试验结果吻合较好。在此基础上,研究了钢筋成型工艺(手工绑扎、绕箍成型、穿箍成型)、混凝土浇筑方式(现浇、叠合)、混凝土强度(C30,C40,C50)、纵筋配筋率(0.4%,0.6%,0.8%,1.2%)、配箍率(0.2%,0.4%,0.6%)对钢筋混凝土T形梁抗震性能的影响规律。结果表明:绕箍成型、穿箍成型钢筋叠合梁和手工绑扎钢筋现浇梁的荷载-位移曲线较相似,所有试件位移延性在4.4~5.2;相比于纵筋配筋率为0.4%的绕箍成型钢筋叠合梁,纵筋配筋率为0.6%~1.2%试件的正、反向抗弯承载力分别提高25%~93%,18%~48%,正向位移延性由4.3下降为4.2~4.0,反向位移延性由5.0下降为4.8~4.5;绕箍成型钢筋叠合梁与现浇梁的骨架曲线相近,叠合梁比现浇梁的正、反向抗弯承载力分别低6%和10%以内;混凝土强度和配箍率对绕箍成型钢筋混凝土梁的抗弯承载力和位移延性的影响在4%以内。总体上,成型钢筋混凝土T形梁具有较好的抗震性能,成型钢筋可作为传统手工绑扎钢筋的替代方案。

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。

基于摩擦摆球型支座的多跨曲线连续梁桥抗震性能

为了探讨多跨曲线连续梁桥的抗震性能和减隔震方法,对基于摩擦摆球型支座的多跨曲线连续梁桥构建了有限元模型,并进行了动力特性和非线性时程分析.结果表明,桥梁模型的纵向刚度弱于横向刚度,且第1阶振型对桥墩纵向地震反应贡献较大,振型参与系数为29.8%,第6阶振型对桥墩横向地震反应贡献较大,振型参与系数为20%;在E1地震作用下,设置的摩擦摆球型支座能够使桥梁保持弹性工作状态,且支座变形和伸缩缝宽度满足要求;在E2地震作用下,部分桥墩的截面最大弯矩需求大于截面的抗弯承载能力,而进一步的桥墩强度验算发现,结果均满足抗震需求.

张弦梁结构中应用摩擦摆支座的数值模拟分析

在分析了张弦梁结构的自身结构特性后,提出采用摩擦摆柱顶隔震的方法作为该类结构的隔震措施。从理论上研究了张弦梁结构采用摩擦摆隔震的工作机理,并在Abaqus中进行实体建模对比分析了张弦梁结构在隔震与非隔震情况下在大震、中震及小震下的动力反应。结果表明:1)通过设置摩擦摆隔震支座,辐射式张弦梁结构的节点加速度响应得到了有效的控制。2)通过设置摩擦摆隔震支座,辐射式张弦梁结构的杆件动内力得到有效控制,不同部位的杆件控制效果有所差异,上弦杆的内力依然较大,建议在结构设计时对上弦杆适当增加截面尺寸或采用高标号钢材,以保证结构在多遇地震的作用下各个构件均处于弹性工作状态。3)通过设置摩擦摆隔震支座,支撑柱的柱脚反力有所减小,起到了对支撑柱的保护作用。

高烈度地震区铁路简支梁常用桥墩抗震性能研究

分别选取三种不同墩高桥墩,对比研究普通支座体系和减隔震支座体系下,常用32 m跨度铁路简支梁桥墩在A_(g)=0.3g峰值加速度下的抗震性能。运用有限元软件进行计算分析,结果表明:采用普通支座体系,常用简支梁桥墩抗震性能无法满足罕遇地震下的性能要求;采用双曲面球形减隔震支座,能够显著减少墩底内力,桥墩处于基本弹性状态。在选取的非线性计算参数下,墩底弯矩减隔震率在58%以上。

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。

SMA-LRB隔震连续梁桥地震易损性及寿命周期成本损失评估

为研究采用LRB和SMA-LRB隔震连续梁桥的地震易损性和寿命周期成本损失,对比了采用两种不同隔震支座的桥梁在4种损伤状态下的损伤概率,并采用寿命周期成本损失评估方法计算了桥梁寿命周期内的各种地震损失成本。结果表明:在LRB隔震桥梁的基础上设置SMA既可以降低支座损伤概率,又可以有效降低桥墩在严重损伤和完全损伤状态下的损伤概率;地震动强度较小时,SMA-LRB隔震桥梁在减少桥梁寿命周期成本损失方面的效果更为显著。

西安某空间曲面混合框架结构设计与分析

西咸空港综合保税区事务服务办理中心结构高度29m,为不规则空间曲面混合框架结构。采用一系列沿球面经线放射状布置的箱形曲线钢管承重钢肋,实现了建筑空间曲面造型;利用屈曲约束支撑灵活布置的特点,解决了南北建筑不规则平面的刚度不均匀问题;采用金属摩擦摆全向滑动支座,解决了南北建筑独立单元地震作用下相互影响问题。采用YJK和MIDAS Gen软件分别对结构进行小震弹性及中震弹性、中震不屈服分析。结果表明,结构受力性能满足要求,可以达到抗震性能的设计目标。

新型减震防落梁支座性能分析

为提升中小桥梁的抗震性能,研发了一种新型减震防落梁支座,该装置不仅起到防落梁的作用,还兼具减震和保护支座的功能。首先对新型支座进行了理论分析,得出其力学模型,并给出设计原则,最后进行了实例分析,利用Midas civil进行地震动时程分析,考虑不同地震动和墩柱塑性铰的影响,对新型支座的抗震性能进行了详细分析。分析结果表明,新型支座具有良好的耗能作用,且在大震下有一定的限位作用,保护支座,防止落梁。

梁损伤对既有钢筋混凝土框架结构的性能影响

对既有建筑适老化改造过程中需在梁上开孔洞的情况进行了模拟,为判断开孔洞方案的可行性提供评价思路及定量的数值指导。考虑开孔洞梁数量、位置及分布方式,建立不同工况下带梁损伤的单层结构及整体框架结构的数值模型,研究梁损伤对框架结构的承载能力和抗震性能的影响。结果表明:梁损伤导致单层框架结构的极限承载力最大下降0.78%,峰值位移的出现提前1.15s;梁损伤导致整体框架结构的周期比最大增加14.51%,层间位移角最大增加26.49%,对整体框架结构的承载力和抗震性能有一定影响,但仍在规范允许范围内。

隔震技术在既有砌体建筑抗震加固中的应用分析及梁柱节点研究

文中以既有砌体建筑结构为研究主体,采用有限元分析法评价梁柱节点特性,总结隔震技术应用经验。经由明晰抗震加固点位、完善抗震加固方案、上部结构优化设计、合理安装隔震支座等实践运用路径,进一步有效改善既有砌体建筑结构的抗震性能。

高烈度震区大跨连续梁抗震性能研究

以高烈度震区渝昆高铁(60+100+60)m大跨连续梁为例,采用有限元软件非线性时程分析方法,研究分析设置摩擦摆支座+金属阻尼构件的减隔震措施对结构抗震性能的影响。通过对比分析常规体系与减隔震体系桥梁受力情况发现,采用减隔震措施后,不仅能够对结构进行有效的耗能,还可将上部传递的地震力合理的分配到各桥墩上,连续梁固定墩的内力可减小60%~80%,并且纵向最大地震位移199 mm,横向最大地震位移268 mm,满足摩擦摆支座地震位移300 mm限值标准,达到抗震设计性能要求。

隔震支座弯剪耦合及二阶效应的影响研究

按照《建筑隔震设计标准》(GB/T 51408—2021)规定,隔震层下部结构的承载力验算,应考虑上部结构传来的轴力、弯矩、水平剪力以及由隔震层水平变形产生的附加弯矩。从Timoshenko梁单元刚度矩阵出发,推导了考虑弯剪耦合的连接单元刚度矩阵及非线性内力算法;开发了考虑弯剪耦合及二阶效应的隔震支座单元,通过典型算例分析了弯剪耦合及二阶效应对支墩弯矩的影响。以实际隔震结构为例,分析了隔震支座弯剪耦合及二阶效应对隔震支座相连构件内力、配筋及结构整体指标的影响。结果表明,考虑隔震支座弯剪耦合及二阶效应对隔震支座上支墩、下支墩及与其相连梁的内力及配筋影响显著,但对隔震结构层间位移角、层间剪力及隔震支座耗能的影响较小。在进行隔震层设计时,建议采用考虑弯剪耦合及二阶效应的隔震支座单元进行隔震层的直接分析设计。

高烈度区液化场地连续梁桥减隔震设计研究

以海口港某高架项目3×18.6 m连续箱梁为研究背景,以《公路桥梁抗震设计规范》(JTG/T2231-01—2020)[1]为研究依据,利用有限元软件进行抗震设计分析。研究得出:(1)高烈度区液化场地连续梁桥宜采用减隔震设计。(2)采用了减隔震设计,结构基本周期较长、非线性特征较强,更宜采用时程法进行分析。(3)消除桩间液化土后,改善了地震作用下桥梁下部结构的受力,特别是桩基的受力。

高烈度地震区长联大跨连续梁桥减隔震方案分析

为研究高烈度地震区长联大跨连续梁在地震作用下减隔震技术,采用有限元建立跨径(50+8×100+50)m连续梁模型,在罕遇地震作用下,基于传统抗震设计对比双曲面球型减隔震支座、双曲面球型减隔震支座和黏滞流体阻尼共同作用减隔震措施及结构响应分析。结果表明采用双曲球面支座和黏滞流体阻尼器共同作用的减隔震技术为最优方案,各墩地震响应分配均匀、合理。结构纵横位移均在±30cm之内,桥墩及基础处于弹性状态。

长联大跨连续梁桥隔震技术应用研究

为从有利于各墩协同抗震的角度探讨适用于长联大跨连续梁桥的减、隔震技术,以内蒙刘召黄河大桥主桥其中一联(55+10×100+55)m的预应力混凝土连续梁桥为背景,开展摩擦摆支座隔震、粘滞阻尼器减震及盆式橡胶支座抗震研究。建立全桥有限元计算模型,采用双线性滞回模型模拟摩擦摆支座、Maxwell模型模拟粘滞阻尼器,输入50年超越概率2%的3条地震波进行非线性时程反应分析。结果表明,长周期长联大跨连续梁桥的隔震机理为通过减弱制动墩对主梁的约束来减小作用于制动墩顶的有效主梁质量、改制动墩单独抗震为各墩协同抗震;摩擦摆支座隔震可有效地提高其抗震性能。

铅芯橡胶支座隔震连续梁桥的地震能量反应分析

基于能量平衡原理,建立连续梁桥能量反应方程。采用有限元分析软件SAP2000,对4条典型地震波双向激励下的非隔震与铅芯橡胶支座隔震连续梁桥的地震能量反应进行分析。结果表明:铅芯橡胶支座隔震连续梁桥的绝大部分地震输入能(80%左右)被铅芯橡胶支座的滞回耗能所消耗,铅芯橡胶支座起到了减少结构非弹性变形、保护主体结构的作用;铅芯橡胶支座的构造对其隔震的连续桥梁的地震能量反应影响较大,较大的铅芯直径和刚度比会导致铅芯橡胶支座的减隔震能力下降;不同特性的地震动激励对桥梁的地震能量反应有显著影响,在强震持时较长、卓越周期与隔震结构自振周期接近时,桥梁的地震能量反应较大;铅芯橡胶支座不宜应用于软土场地的桥梁隔震。

冷弯薄壁方钢管梁柱节点抗震性能试验研究

冷弯薄壁钢管结构房屋施工速度快,适合在抗震设防烈度高的地区及震后重建中使用。因管壁较薄,梁柱节点连接方式及其力学性能还需进一步研究。依据"强柱弱梁,强节点弱杆件"的抗震设计思想,按照控制塑性铰位置的思路,在梁端加设加腋板;依据减少反复焊接次数可降低节点脆断的性能,采用纵向梁焊接于横向梁方式减少对柱施焊次数。共开展三种类型12个节点在不同轴压比下的低周往复加载试验,探讨节点滞回耗能和承载力等力学性能,结果表明:①普通焊接节点破坏前所经历循环次数较少,节点部位焊缝及附近板件发生断裂;②加腋节点极限承载力比普通焊接节点提高很多,耗能能力也较强,破坏时加腋端梁截面局部屈曲,屈曲点位于节点核心区外;③分散焊缝连接节点所经过加载循环次数较多,屈服后累计耗能能力较强,破坏时C形钢腹板局部屈曲,节点发生延性破坏;④轴压比对普通焊接节点和加腋节点的滞回性能、承载力及刚度退化影响较大,但对分散焊缝连接节点影响较小。