高铁大跨连续梁不同约束体系下抗震性能研究

研究目的:为研究不同抗震约束体系对高速铁路大跨度连续梁桥纵向抗震性能的影响,以一座跨径为(60+100+60)m的高速铁路连续梁桥为工程背景,采用OpenSees软件对全桥进行非线性时程分析,针对不同的设防烈度,从动力特性、桥墩墩底弯矩、墩顶位移、支座位移等方面,对比分析延性体系、减隔震体系以及延性体系加减隔震体系多种工况下桥梁的地震响应差别。研究结论:(1)与延性体系相比,减隔震体系可显著延长桥梁结构的自振周期;(2)对于墩高20 m的高铁大跨连续梁按罕遇地震设防时,在Ⅶ度区及以上设防烈度时,桥墩会进入延性,且位移延性系数随着桥墩配筋率的增大而减小;(3)采用延性抗震体系的高铁大跨连续梁,可通过增大配筋率和设置阻尼器减轻桥墩的损伤,使其处于轻微损伤状态;(4)采用减隔震体系可保证高烈度地震区的高铁大跨连续梁桥的桥墩在罕遇地震下处于弹性工作状态,结构的减震率可超过80%;(5)摩擦摆支座体系减震效果好,但需要通过附加阻尼的形式来满足支座设计位移需要;(6)本研究成果可为高铁大跨连续梁桥的抗震设计提供参考。

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.

论高速公路特大型桥梁耐久性设计及措施研究——以濮阳至湖北阳新高速公路黄河特大桥工程为例

本文以河南濮阳至湖北阳新高速公路黄河特大桥(濮阳段二期)项目为研究对象,在该工程的设计和施工中,分析了连续梁跨中桥跨的受控因素、游荡性河段抗震设防烈度以及复杂地质环境水文等问题,并针对桥梁的耐久性进行抗震防控。通过计算其耐久性和冲击波抗震实验,判断黄河特大桥梁设计和防控抗震是否达到耐久性要求。同时,结合实例和实验结果,给出了预应力混凝土箱梁设计与摩擦摆支座减隔震设计方案,指出控制混凝土结构耐久性是确保构造结构安全的重要措施。

V形桥塔混合梁斜拉桥总体设计

苏州工业园区华池街跨娄江大桥采用(83+28+28.6)mV形桥塔斜拉桥。主跨为钢梁,边跨为混凝土梁,通过钢混结合段连接。横桥向为平行的双塔双索面,每个桥塔在立面上为V形,主塔柱倾角40°副塔柱倾角35°桥塔与主梁固结、塔底设支座。斜拉索分三段布置,采用平行钢丝斜拉索。全桥采用减隔震设计,利用摩擦摆支座降低结构地震响应。该桥西侧紧邻在建的苏州地铁8号线,桥梁采用钻孔灌注桩基础,施工时采用钢护筒,避免对地铁盾构产生影响。该桥采用支架拼装的施工方案。有限元分析结果表明,桥梁各项力学性能均满足规范要求,设计安全可靠。

高烈度地震区高墩简支梁桥减隔震设计研究

为研究高烈度区高墩铁路简支梁桥在地震作用下的结构响应状况,选取某车站特大桥为研究背景,根据桥梁多遇、罕遇地震作用下的结构响应幅值,开展桥梁延性设计方案和减隔震方案两种情况下的内力和配筋对比。结果表明:高烈度地震区高墩桥梁,采用延性设计时,配筋率需求过高,设计难度大,且下部结构工程量增加较多,经济性较差。采用回型钢耗能双曲面减隔震支座进行减隔震设计时,桥墩与桩基内力较普通支座有显著的减小,墩梁相对位移随墩高的增加呈递增趋势,纵向最大位移0.293m,横向最大位移0.224m,未超过0.3m的设防目标。采用减隔震设计,可以有效降低结构地震响应,减小设计难度,提高结构安全性,提升经济性能。

大跨度槽型钢混组合连续梁抗震性能

大跨度槽型钢混组合连续梁桥由于其自重较轻,相对于普通连续梁桥而言,抗震性能较弱,因此为了保证钢混组合连续梁桥在地震作用下结构的受力状态稳定可靠,建立钢混组合梁连续梁全桥空间杆系三维模型,采用控制变量法对大跨度槽型钢混组合连续梁桥在地震作用下的力学性能进行分析,研究减隔震支座刚度、支座底部摩擦系数和阻尼比对钢混组合梁桥的桥墩底部弯矩和减隔震支座的最大变形的变化趋势。研究结果表明,提高减隔震支座的屈服刚度和支座底部摩擦系数可以减小减隔震支座的变形,提高了主梁中墩墩底的弯矩值,而结构阻尼比的增大也能够提高钢混组合连续梁桥的抗震性能。

钢混组合梁减隔震抗震优化设计分析

为确保钢混组合梁抗震设计性能最优,依托黄江跨航道主跨为138 m的大跨度槽型钢混组合连续梁桥,针对减隔震支座多参数进行优化研究,选择支座尺寸、铅芯直径以及硬化率作为分析参数,分别选取墩底纵向弯矩和横向弯矩两个指标作为目标函数,定义结构综合目标函数W。基于正交试验方法的参数分析,确定钢混组合梁桥抗震性能最优参数组合。采用极差分析法对W进行分析,获得结构设计参数对抗震性能的敏感性及显著性。结果表明,钢混组合梁桥抗震性能最优减隔震支座参数为:减隔震支座尺寸为1 300 mm×1 300 mm,铅芯直径为190 mm,硬化率为0.20,较原设计方案纵向墩底弯矩减小了41.9%,横向墩底弯矩减小了30.5%;参数敏感性程度由强到弱依次为支座尺寸、硬化率、铅芯直径。

多跨连续梁拱组合体系桥梁抗震性能分析

为了解相邻结构、行波效应和减隔震体系对多跨连续梁拱组合体系桥梁内力的影响,以某连续梁拱组合体系桥梁为实例,通过有限元软件建立抗震计算模型,并采用反应谱法和动力时程分析法对其进行地震反应分析。结果表明:1)连续梁拱组合体系桥梁在顺桥向地震作用下2种分析方法的计算结果大致相同,前者计算结果略大于后者,反应谱法的计算结果偏于安全;2)相邻结构对过渡墩的内力影响较大,对其他墩柱的内力影响较小,建议考虑相邻结构的影响;3)考虑行波效应后,各孔控制截面的位移、弯矩有少量增大,固定墩的内力显著增大,且随着波速的增大,结构的地震响应逐渐趋于一致激励下的地震响应;4)采用摩擦摆隔震支座后,结构的内力和位移响应均大幅降低,且各墩的受力更加均匀,建议大跨径桥梁采用减隔震体系,以降低结构的地震响应。

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。

近断层高烈度地震区铁路简支梁桥减隔震方案研究

近断层地震往往给工程结构造成较大的破坏,现行《铁路工程抗震设计规范》对近断层、减隔震问题尚未考虑。以某近断层高烈度地震区铁路简支梁桥为研究对象,梳理了国内外相关规范对近断层桥梁抗震的要求,提出相应的减隔震设计原则、设防标准。采用MIDAS软件建立桥梁有限元模型,运用非线性时程分析方法,考虑近场地震特性,进行了基于双曲面球形减隔震、黏滞阻尼器减震以及新型回形钢阻尼减隔震支座的减隔震效果研究。研究结果表明,传统的铁路桥梁减隔震措施难以满足近断层桥梁抗震要求,回形钢阻尼减隔震支座具有位移大、阻尼力可调、养护维修少、安装方便等特点,对近断层高烈度地震区简支梁的减隔震设计适应性好。

基于能量法的隔震连续梁桥地震响应分析

为研究地震波、桥梁结构基本周期、阻尼模型对地震输入能、阻尼耗能及滞回耗能产生的影响,基于地震能量法,以铅芯橡胶支座隔震连续梁桥为例,根据桥墩高度的不同建立4种工况,阻尼计算采用3种阻尼模型;根据地震波峰值速度(PGV)与峰值加速度(PGA)比值,从PEER中选取6条地震波,利用有限元软件建立简化数值力学模型,并进行非线性动力时程地震响应分析。分析结果表明:地震波的|PGV/PGA|值对地震输入能、阻尼耗能及滞回耗能均产生较大影响;桥梁结构基本周期对地震输入能的影响较小,对阻尼耗能及滞回耗能会产生一定影响,基本周期较低的桥梁结构,其隔震支座滞回耗能更明显;阻尼模型对地震输入能影响较小,对阻尼耗能及滞回耗能会产生较大影响。因此,采用能量法对隔震连续梁桥进行抗震分析时,采用瑞利阻尼进行阻尼计算更有利于保护桥墩;同时,地震波不能随意选取,应根据桥址处的场地类型及设防烈度进行选择。

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。

高墩大跨连续梁桥内力位移双控减隔震体系的有效性初探

为解决高墩大跨连续梁桥减隔震设计中存在墩底内力与梁端位移矛盾的问题,基于撑架连续梁结构特点和耗能减震思想提出了一种摩擦摆支座和撑架相结合的墩底内力、梁端位移双控的减隔震体系。推导了撑架结构等效阻尼比的计算公式,对比研究了4种减隔震方案的地震响应,验证了摩擦摆和撑架组合使用的优越性,并对撑架结构进行了参数分析,还分析了附加撑架结构在静力方面的优势。结果表明:在撑架等效阻尼比为9%时,静力方面连续梁支点负弯矩减小27%;动力方面墩底弯矩最大减震率为79%,墩底剪力最大减震率为83%,梁端位移最大减震率为50%。说明摩擦摆支座和撑架的组合使用,可实现墩底截面内力和梁端位移的有效控制,降低大跨连续梁的静力和动力响应。

海底与近岸陆地地震动作用下跨海隔震连续梁桥地震反应比较

跨海桥梁抗震时程分析通常采用陆地强震记录作为输入,因海底场地环境与陆地存在诸多差异,需对该方法进行深入研究。结合工程实际,利用ADINA软件建立基底固接跨海隔震连续梁桥分析模型。基于日本KiK-net台网选取震级及震中距相似的7个海底强震台站和7个近岸陆地强震台站各14条水平地震动(EW和NS方向独立考虑),沿桥梁纵桥向输入并进行地震反应时程分析,研究海底地震动和近岸陆地地震动输入下跨海隔震桥梁地震反应。通过对比桥墩最大变形及受力、主梁位移反应和支座最大剪应变,认为在大多数情况下,海底地震动作用下桥梁结构地震反应为近岸陆地地震动的1.3~1.9倍。跨海隔震桥梁抗震时程分析宜采用海底地震动作为输入。

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。

九度地震区高铁简支梁减隔震体系适应性分析

研究目的:随着我国"十三五"铁路规划深入发展,西南山区将陆续修建多条高速铁路,然而西南山区地震带分布广泛、活动断层十分密集,许多铁路线不可避免地跨越或靠近地震断层,近断层地震带与其诱发的大地震灾害必将是影响高速铁路安全运营的主要因素,而传统的铁路桥梁减隔震措施难以满足近断层桥梁抗震要求。因此,本文针对9度地区典型铁路简支梁桥,提出多种减隔震措施,研究各种措施的本构模型,并采用数值模拟方法,开展近断层9度地震区典型铁路简支梁桥合理减隔震措施的对比分析研究。研究结论:(1)近断层强震作用下,采用球型钢支座、双曲面球型减隔震支座两种措施无法有效控制墩梁间的地震相对位移,且球型钢支座措施极易引起落梁震害,两种措施不适用于近断层桥梁抗震;(2)在近断层强震作用下,采用双曲面球型减隔震支座+减震卡榫的措施可有效降低桥墩内力和变形,减震卡榫能够很好地耗散地震能量,限制墩梁地震相对位移,该方案适用于近断层高速铁路桥梁抗震;(3)本研究成果可为近断层铁路简支梁桥的设计建造与抗震设防提供技术支撑。

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。