大跨铁路桥梁金属限位减震装置设计与力学性能

为研究适用于大跨度铁路桥梁金属限位减震装置,推导建立一种金属限位减震装置的力学性能计算公式,提出了大跨度桥梁金属限位减震装置简化设计方法,并研发了装置的设计分析软件.以郑万高铁某典型中承式混凝土平行拱桥为研究对象,提出大桥限位减震装置设计参数及其3种连接构造方案,理论计算了装置的力学性能参数,并开展了装置的力学性能实体有限元分析及其对全桥抗震性能影响分析研究.结果表明:所建立的大跨桥梁金属限位减震装置设计方法适应性强、计算精度高,满足工程应用的精度要求,设计的限位减震装置可以满足高速铁路桥梁对行车舒适性和安全性的要求,具有良好的减震耗能作用,可降低大跨桥梁梁端位移约20%.

基于有限元可调高智能支座的力学性能分析

为了研究新型可调高智能支座在实际工作过程中的受力性能,通过建立WORKBENCH有限元仿真模型,对其调高的量程进行验证,分析其顶升力与竖向力的关系、各部件在各工况下的应力分布及受力性能。有限元分析结果表明:在竖向和水平荷载共同作用下,支座能够满足其使用要求且可以实现高度调节的功能。

桥梁智能测力盆式支座及性能分析

针对大广高速南康至龙南段扩容工程复杂地质条件下桥梁多支点受力监控需求,研制了一种新型智能测力支座。介绍了其结构构造与测力原理,并采用ABAQUS软件建立了支座的有限元模型,分析了受力状态下各部件的应力特性,并对支座的力学性能及无水平转角与0.02 rad水平转角下的测力性能开展了试验研究。研究结果表明:支座各部件的最大等效应力均小于设计容许值,强度满足要求;支座的承载力满足规范要求;支座无水平转角与0.02 rad水平转角下的测力性能均满足设计要求,为该项目的应用提供了理论及试验依据。

近远场地震下大跨度连续刚构桥地震易损性分析

基于概率地震需求分析方法,建立了西南山区典型高墩大跨度桥梁的理论地震易损性模型。考虑近远场地震动的随机性,运用OpenSees对桥梁开展时程分析,获得桥梁结构在近远场地震下的最大地震响应,基于对数正太分布假设,采用传统云图法对近远场地震下桥梁进行易损性分析。结果表明:典型大跨度高墩连续刚构桥各关键部位在近场地震下发生损伤的概率远高于远场地震的结果,近场地震动的频谱特性增大了桥梁结构的响应;在高烈度地震区易损性分析时必须考虑近场地震的影响;建立地震易损性曲线可以分析桥梁抗震性能,可为高烈度地震区类似桥梁抗震设计提供依据。

限位挡块对高烈度区公路连续梁桥易损性影响分析研究

为了研究钢筋混凝土挡块对桥梁结构限位和受力的影响规律,提出了高烈度地震区典型公路连续梁桥挡块的合理设计参数。以某高烈度区典型公路5×20m跨连续梁桥为研究对象,利用OpenSees软件建立了考虑支座、挡块、桥墩、桩基等非线性特性的全桥有限元模型,基于桥梁地震易损性分析方法,深入探讨了挡块对桥梁抗震性能的影响,分析挡块强度参数对支座变形、桥墩结构易损性影响,研究挡块合理的设计参数。研究结果表明:随着挡块强度增大,挡块可以降低主梁位移,发挥限位作用,但同时主梁惯性力更多地传递到墩柱,墩柱的破坏概率增大,故设计挡块时应综合考虑桥梁结构受力和变形需求。提出了7度、8度地震区典型连续梁桥限位挡块强度合理取值范围,可为今后类似工程提供设计依据。

柱形和E形钢阻尼装置比较及试验分析

近年来,各种构造形式的钢阻尼装置在桥梁工程中得到了探索性应用.选取其中较为典型的柱形和E形两类装置,首先对比介绍了两类阻尼元件的力学模型及在桥梁工程应用中的技术途径.在此基础上基于同一目标参数,设计完成了两类阻尼元件的足尺试验.结合试验结果对两类元件的滞回行为、破坏形态、空间安装需求和材料用量等方面进行了比较和分析.试验结果表明:两类钢阻尼元件在相同设计目标参数下滞回行为基本相同,在设计位移下经历足够多的循环周数后,均在指定耗能部位发生失效破坏.实现桥梁单向震动控制时,柱形材料用量节省约40%,但竖向安装要求高,提出一种卧式柱形钢阻尼装置,以发挥这种成本优势.双向震动控制时,采用立式柱形装置时材料用量较单向控制的情况会进一步节省.

桥梁分级减震支座抗震性能分析

基于小震“硬抗”,大震“减震耗能+协同抗震”为核心提出分级减震理念,并开发了分级减震支座,对其力学参数与性能进行理论分析与试验研究。以某大跨连续梁桥为例,采用抗震支座、分级减震支座、摩擦摆减隔震支座3种方案对减震性能进行对比分析,结果表明,在E2地震作用下,采用分级减震支座方案墩底轴力响应最小,且相比于抗震支座方案可大幅降低固定墩墩底剪力及弯矩,相比于摩擦摆减隔震支座方案墩底剪力及弯矩均有一定的减小,表现出了较好的减震效果。

桥梁调高测力支座的性能研究

文中针对复杂地质区域桥梁对支座的特殊功能需求,研发一种调高测力支座,借助ABAQUS软件建立支座的有限元模型,分析工作状态下支座各部件的应力状态,并对支座的关键参数对测力体应变的影响规律展开研究。结果表明,楔形块间距对支座各部件的最大等效应力影响显著,且对上支座板等效应力的影响最为明显;各部件的等效应力均小于材料的屈服强度,支座的强度满足使用要求;测力体应变随支座竖向力的增大而呈线性增加;楔形块间距对测力体应变值的影响呈线性,而楔形块斜度、摩擦系数和支座转角对测力体应变的影响可以忽略,因此,可以通过适当增加楔形块的斜度以达到减小楔形块调整间距的目的。

连续梁桥地震行为可控设计准则及实用装置

为实现连续梁桥地震行为可控,其抗震安全得到有效保证,本文基于连续梁桥地震行为可控的设计准则,研发了相关实用装置。设计了一种新型隔震支座,允许其在地震中发生破坏,以释放上部结构的惯性力,保护墩柱、桩基不发生损伤。设计了两种与该隔震支座配合使用的大行程钢阻尼耗能限位装置,以控制上部结构的位移在可接受的范围内。采用室内试验方法对隔震支座与耗能限位装置力学行为进行试验和检验,并得到相关本构模型参数。试验结果表明:该支座剪断可控性强,断后摩擦行为稳定,摩擦过程不确定性小,配合使用的大行程钢阻尼装置滞回曲线饱满,耗能特性突出。最后,结合连续梁桥工程案例,采用数值模拟方法对实用装置的有效性进行了验证。

基于弹塑性限位装置的基础隔震建筑地震碰撞行为

在近场速度脉冲型地震作用下,基础隔震建筑可能产生过大的支座变形,为了防止结构和隔震沟边缘产生刚性碰撞并对上部结构造成损伤,建议在隔震层高度用弹塑性限位装置来防止结构产生过大位移并实现一定程度的消能减震。提出了一组动力学方程,将建筑结构模型和Bouc-Wen单元串联,可以考虑隔震间隙的非线性动力响应。考虑了速度脉冲周期对结构响应的放大作用,根据弹塑性动力碰撞分析方程,以3组不同高度的钢框架结构基准模型为算例,计算了限位装置的弹性刚度和屈服力等因素对不同结构的弹塑性响应。结果表明:恰当选取用于碰撞限位的弹塑性限位装置的碰撞刚度与屈服力,既能有效限制隔震层的水平位移,上部结构也不会产生过大的反向动力响应,能够充分保护结构;在较易激发类共振效应的速度脉冲型地震动作用下,上部结构最大响应同弹塑性限位装置的弹性刚度与屈服力呈正相关性。

近远场地震作用下斜拉桥有无辅助墩静动力响应

为探究近场与远场地震作用下双塔斜拉桥静动力响应随有无辅助墩的变化关系,以某公路斜拉桥为研究对象,首先建立其有辅助墩和无辅助墩有限元模型,其次改变辅助墩高度,基于该斜拉桥的场地条件选择近场与远场地震作用,最后探究近场与远场地震作用下有辅助墩与无辅助墩的静力稳定性与动力响应。研究表明:有辅助墩可增加斜拉桥整体刚度及稳定性,刚度随辅助墩高的增加而略有降低,对纵漂和稳定性系数影响不大,对横弯、竖弯以及扭转较大;近场地震作用下位移响应和内力响应均大于远场地震作用下位移响应和内力响应,且在X+Z工况下的塔顶纵向位移与尾索轴力要大于Y+Z工况下的塔顶纵向位移与尾索轴力,但塔底弯矩却受横向地震作用影响较大;有无辅助墩的主梁弯矩图沿主梁的变化规律整体上保持一致,但仔细分析可知,设置辅助墩,可显著减小主梁弯矩,边跨弯矩可减小41.2%,中跨弯矩减小了8.3%,主梁挠度和索塔变形也随之减小。