FVD与FPB在大跨长联减隔震体系梁桥中的联合作用机理研究

为验证液体黏滞阻尼器(FVD)与摩擦摆支座(FPB)组合在大跨长联减隔震体系梁桥中的应用效果,以一联(50+8×100+50) m预应力混凝土连续梁桥为工程背景,建立全桥有限元模型,通过输入场地地震安评报告提供的50年超越概率为2%的三条人工模拟地震波,开展单独及组合使用液体黏滞阻尼器和摩擦摆支座的大跨长联梁桥减隔震研究,从能量耗散的角度揭示液体黏滞阻尼器与摩擦摆支座组合在大跨长联减隔震体系梁桥中的联合作用机理。结果表明,大跨长联梁桥仅使用黏滞阻尼器,其长周期特性激发黏滞阻尼器充分发挥耗能,但无法避免对固定墩的地震损伤;仅使用摩擦摆支座隔震在纵(横)向强震下会引起支座位移超限;摩擦摆支座与黏滞阻尼器组合的减震机理为摩擦摆支座提供墩梁间的弱连接,激发墩梁间的相对速度,促进黏滞阻尼器(速度型)充分发挥阻尼耗能作用。另外,组合减震方案中摩擦摆支座为辅助耗能装置,黏滞阻尼器为主要耗能装置,且主控梁体位移;相比仅使用摩擦摆支座隔震,由于黏滞阻尼器激发的阻尼力增强了墩梁间约束,这种组合减隔震可能使结构输入能量增加,从而导致地震反应加剧。     

矮塔斜拉桥的减震方案对比研究

针对位于高烈度地震区的刚构连续梁体系矮塔斜拉桥的受力特点,提出了分别采用粘滞液体阻尼器、Lock-up装置及摩擦型滑动支座3种减隔震方案,并采用非线性时程反应分析方法分析了3种方案的减震效果。结果表明:3种减隔震装置对矮塔斜拉桥均有明显的减震效果,粘滞阻尼器及Lock-up装置减震效果较好,滑动摩擦支座的减震效果次之。但从结构的正常使用及结构体系的地震响应分布规律来看,粘滞液体阻尼器的减震方案最优。     

高速铁路大跨连续梁桥减隔震方案讨论

针对某铁路大跨连续梁桥,基于3种减隔震装置,提出了4种减隔震设计方案,利用非线性时程分析法对每种方案进行了计算分析。结果表明,液体粘滞阻尼器可有效改善桥梁纵向的受力和位移;双曲面球型减隔震支座能同时改善桥梁纵、横向的受力,但位移较大;液体阻尼器与双曲面减隔震支座配合使用可同时改善结构的纵、横受力,并且可控制位移;铅芯阻尼器耗能效果显著,位移基本可控,应继续开展研究。     

基于负刚度装置的超长联大跨连续梁桥地震反应控制研究

为完善超长联大跨连续梁桥的减、隔震技术,将负刚度装置引入到超长联大跨隔震连续梁桥中组成新型减、隔震系统,并与黏滞阻尼器-摩擦摆支座组合减震系统进行比较。基于CSiBridge软件建立全桥有限元模型,负刚度装置采用弹性多段线模拟,摩擦摆支座采用双线性恢复力模型,黏滞阻尼器采用Maxwell模型,输入3条地震波进行非线性时程分析,考查两种新型减、隔震系统下桥梁结构的地震反应,探究负刚度系统及黏滞阻尼器系统对超长联大跨连续梁桥地震反应的控制效果。研究结果表明：负刚度装置与黏滞阻尼器均可以有效地减小超长联大跨隔震连续梁桥的支座位移。负刚度装置对桥墩内力反应及梁体加速度反应的控制优于黏滞阻尼器。负刚度装置在超长联大跨连续梁桥地震反应控制中有较好的应用前景。     

长联大跨摩擦摆支座隔震连续梁桥多维地震反应分析

结合长联大跨连续梁桥的特点,以1座(65+123+156+123+10×90+55)m长联大跨摩擦摆支座隔震连续梁桥为背景,建立了全桥三维有限元模型,运用非线性时程分析法,分析了地震动输入模式、地震动强度、摩擦摆支座参数对该桥内力、位移和能量响应的影响。研究结果表明:(1)长联大跨连续梁桥布置摩擦摆支座,可有效延滞固定墩顶有效主梁质量效应,实现全桥协同抗震。大部分地震能量可通过支座滞回耗能散耗,大幅降低了该桥固定墩地震能量耗散需求。(2)长联大跨连续梁桥减隔震设计中,建议采用水平单向+竖向地震组合进行内力设计,采用三向地震组合进行位移设计。(3)强震作用下,支座摩擦因数取0.029~0.034时该桥隔震性能最优。     

大跨铁路钢桁连续梁桥减隔震方案比较研究

为研究适用于大跨铁路钢桁连续梁桥的减隔震方案及合理优化参数,以一座全长504 m的三跨铁路钢桁连续梁特大桥为工程背景,使用非线性结构分析软件SAP2000建立有限元模型,采用快速非线性分析方法分析对比摩擦摆、阻尼器、速度锁定器等减隔震方案在各种装置参数下的减震效率。研究表明:由于大跨铁路钢桁连续梁桥墩身自振导致的地震力较大,摩擦摆方案内力减震效率一般,同时墩底内力对滑动面半径变化并不敏感,在选取滑动半径时应更多地考虑行车平顺性和梁端位移值的限制。速度锁定器会极大地增加此类桥梁地震输入能量,不适用于此类桥型。阻尼器方案对活动墩内力减震效果明显,但不能有效降低固定墩内力。摩擦摆支座附加阻尼器组合减震方案能有效控制此类桥梁的内力和位移响应。研究结论可为大跨度钢桁连续梁桥减隔震设计提供参考。     

高烈度区连续梁桥的减震设计方法研究

本文以高烈度区的某三跨连续梁桥为例，分别采用基础隔震和消能减震两种措施进行结构的减震分析；针对隔震结构减震效果好但主梁位移过大的特点，提出了在采用铅芯橡胶隔震支座的同时设置粘滞阻尼器的减震方案，其非线性时程分析结果表明，该方案能有效地降低结构的地震反应，可供工程实践参考。     

设置负刚度装置的大跨长联连续梁桥地震反应分析

为完善大跨长联连续梁桥的减震和隔震技术,提出将负刚度装置引入某带有摩擦摆支座隔震的大跨长联连续梁桥中组成新型减震和隔震系统.基于CSIBridge软件建立全桥有限元模型,负刚度装置采用弹性多段线模拟,摩擦摆支座采用双线性恢复力模型,输入7条地震波进行了非线性时程分析,考查了新型减震和隔震系统下桥梁结构的地震反应,探究了...     

高烈度区大跨度桥梁粘滞阻尼器减震研究

高烈度地震对铁路桥梁安全造成巨大隐患,且次生灾害将引起较大经济损失。该大跨连续梁桥所处地震带正进入活跃期,未来有发生较大规模强烈地震的可能,但桥梁自身不具备高烈度抗震能力,需利用粘滞阻尼器对其进行减震处理。采用斜向设置阻尼器并配合双曲面球型支座,来控制可能发生的纵向和横向地震。通过数值模拟进行阻尼器参数敏感性分析以及减震效果讨论,进而确定其最优设置方案。选取相关参数作为评价指标,对比加设阻尼器前后易损部位的地震响应,确定其在高烈度地震荷载激励下的减震效果。研究结果表明:在液体粘滞阻尼器的作用下,使得各墩协同受力,大大增加了结构的整体性,同时能很好弥补减隔震支座不能很好的控制上部结构位移的缺点,同时能降低罕遇地震力对桥墩的冲击损伤。因此,在高烈度区大跨度桥梁中更有必要设置阻尼器来抗震。     

超高墩大跨铁路连续钢桁梁桥粘滞阻尼消能减震研究

针对某超高墩大跨铁路连续钢桁梁桥,建立了考虑桩-土动力相互作用、超高墩几何非线性P-Δ效应的全桥空间有限元模型,考虑了由于粘滞阻尼的非比例阻尼影响,并通过应变能理论将结构不同部位的振型阻尼引入到分析模型中。基于确定的粘滞阻尼器布置方案,研究了阻尼指数和阻尼系数对结构减震的影响规律,采用参数敏感性分析方法对阻尼器参数进行优化,并分析了其减震性能。研究表明:对于文中分析的桥梁,采用速度指数为0.4的粘滞阻尼器可达到最优的减震效果,能够有效降低各墩水平地震作用,并使高度相近的1、4号墩,以及2、3号墩墩底弯矩和墩顶位移趋于均匀;由于固定墩墩底纵向剪力峰值和非减震模型接近,该类型桥的减震控制应以墩底弯矩和墩顶位移为控制目标;对比基于比例阻尼和非比例阻尼分析模型的地震反应,发现考虑非比例阻尼后超高墩大跨桥梁墩底弯矩和墩顶位移均有所增大,且固定墩墩底弯矩增大更显著,建议进行超高墩大跨粘滞阻尼减震桥梁抗震分析时应考虑非比例阻尼。     

城市桥梁粘滞阻尼器防地震碰撞分析与参数设计

研究了粘滞阻尼器防止城市梁桥地震碰撞反应的效果并提出了其参数设计方法。分析了线性粘滞阻尼器与非线性粘滞阻尼器阻尼系数的等效关系。运用随机振动理论与随机等效线性化理论建立了邻联间安装粘滞阻尼器后最大相对位移及墩顶最大位移的计算方法。以控制邻联最大相对位移小于实际间隙为目标,提出了防碰撞粘滞阻尼器参数设计方法。对1座4跨隔震连续梁桥进行了仿真分析,结果表明:粘滞阻尼器能有效抑制邻联的碰撞反应且不会显著增大桥墩的延性需求。在相同阻尼系数的情况下,粘滞阻尼器的速度指数越小,其防碰撞效果越好。利用人工波进行的时程分析结果验证了参数设计方法的可行性。     

无砟轨道系统对铁路减隔震桥梁地震响应的影响

为研究轨道约束对基于摩擦摆支座桥梁地震反应的影响,结合高速铁路大跨度连续梁桥的特点,分别建立了传统抗震分析模型与线桥一体化分析模型,并进行了非线性时程分析。结果表明:(1)轨道系统放大了大跨度铁路减隔震连续梁桥各墩的地震响应,尤其是联间墩的增幅最为明显;(2)轨道系统对连续梁桥邻近几跨简支梁桥的地震反应有一定程度的降低;(3)对大跨度铁路减隔震连续梁桥进行抗震分析时,应将邻近几跨简支梁桥作为边界条件,并考虑轨道约束的影响,采用线桥一体化模型分析。     

粘滞阻尼器在高墩连续梁桥抗震设计中的应用

以大理州鸡足山旅游公路宝丰寺大桥为工程背景,基于桥梁地震动方程建立了空间非线性有限元模型,研究粘滞阻尼器参数及其设置位置对山区高墩连续梁桥减震效果的影响,并同其他减震措施进行了比较,以分析进行高墩连续梁桥减震设计的合理方法.计算结果表明,粘滞阻尼器在高墩连续梁桥的抗震设计中具有优越的性能,对结构的位移控制以及内力的耗散作用非常明显,而铅芯橡胶支座由于附加刚度的影响造成边矮墩内力过于集中,在减震性能上不及粘滞阻尼器;粘滞阻尼器的安装位置对结构减震性能具有较大的影响,设计时须充分考虑,以确保结构的减震性能和工程的经济性.     

行波输入下连续梁桥纵向墩梁相对位移碰撞效应分析

结合多跨连续梁桥的结构特点,提出了一种能模拟联间碰撞行为的连续梁桥碰撞分析模型.用非线性时程方法对行波输入下连续梁桥的地震碰撞反应进行了参数分析.结果表明:相邻联的周期比对短周期联位移的碰撞效应较大,考虑地震行波输入时伸缩缝处的碰撞效应可能会大幅度增大墩梁的相对位移,从而增大了地震作用下发生落梁的风险;墩梁相对位移随滑动支座摩阻系数的增大而减小.最后提出用一个碰撞效应增大系数来考虑连续梁桥相互碰撞对墩梁相对位移的影响,利用碰撞效应增大系数的概念为连续梁桥防止落梁的设计提供了一个新的思路.     

非规则连续梁桥减隔震支座的合理布置

非规则连续梁桥墩高差异较大,地震反应复杂,传统的单固定墩抗震支座布置会使各墩之间地震力分配不合理。基于某两联三跨连续梁桥,探讨了水平地震力在非规则连续梁桥高矮墩之间的分配问题。采用非线性时程分析方法,分析了多种参数下的高阻尼橡胶支座与四氟滑板支座及板式橡胶支座与四氟滑板支座组合下各墩地震力的分配规律,并与传统单固定墩的地震力分配进行了比较。结果表明:高阻尼橡胶支座与滑板支座组合可使水平地震力在非规则连续梁桥的各墩之间得到合理分配。非规则连续梁桥可通过减隔震支座的合理布置获得较好抗震性能。     

连续梁桥隔震方案比较

连续梁桥一般采用减隔震支座组成隔震支座体系进行抗震设计,不同的支座布置方式决定着结构的抗震性能与工程造价两个工程建设中主要关注的因素。在简要介绍铅芯橡胶支座的基础上,针对所有支座均设置铅芯橡胶支座以及组合使用铅芯橡胶支座与滑板支座的隔震方案,脉冲与非脉冲的两组不同地震动下,采用两种不同墩高,对墩高一致的三跨连续梁桥建立三维有限元模型进行地震响应计算,并对抗震性能与经济性进行了分析研究。结果表明,采用普通的滑板支座与铅芯橡胶联合使用同样能够获得较好的抗震性能,能有效地减少工程造价,节约成本;并且隔震支座的布置位置、墩高以及地震动输入的脉冲特性对隔震性能与经济性影响较大,对于墩高不大以及墩高基本一致的连续梁桥,当边墩设置隔震支座而中墩采用普通支座的情况下能获得良好的抗震性能与经济效益。     

基于汶川地震的LRB与RB隔震连续梁桥地震响应对比研究

为了研究铅芯橡胶支座(LRB)和板式橡胶支座(RB)对连续梁桥地震响应及隔震效果的影响,分别采用Bouc - Wen滞回恢复力模型模拟LRB的力-位移非线性特性,采用直线型恢复力模型模拟RB的本构关系,通过结构离散建立了非隔震、LRB隔震和RB隔震3种连续梁桥的有限元计算模型,运用四阶显式Runge - Kutta迭代法和Newmark时间积分法联合求解增量形式的全桥动力微分方程,并结合算例对3种连续梁桥有限元计算模型分别输入汶川地震波进行非线性时程对比分析.结果表明:LRB在控制梁体与支座位移,降低结构加速度和墩、台底内力响应方面均比RB的效果要显著;采用RB隔震后,梁体与支座的位移响应均较大,在桥梁隔震设计时要予以充分重视.     

高墩大跨度铁路简支钢桁梁桥的减震性能分析

采用时程分析方法,研究了具有减隔震支座的铁路高墩大跨度简支钢桁梁桥的减震性能,探讨减隔震技术在高墩桥梁中的适用性.通过数值分析研究了采用铅芯橡胶支座、盆式橡胶支座和双曲面支座时的减震效果.计算结果表明,在铁路高墩大跨度简支钢桁梁桥上使用减隔震支座具有一定的减震效果.     

应用新型油阻尼器的斜拉桥横向减震体系

为解决斜拉桥横向塔-梁、墩-梁固结体系导致地震响应过大的问题,兼顾斜拉桥横向抗风、隔震需求,基于溢流阀及油阻尼器性能,设计了一种刚度可变的新型油阻尼器,进而提出油阻尼器与滑动球型钢支座、油阻尼器与叠层橡胶支座并用的两种横向减震体系。以某近海双塔双索面斜拉桥为研究对象建立有限元模型,利用时程法计算两种体系减震效果。结果表明:相对于传统的塔-梁固结体系,应用两种减震体系时,塔底弯矩分别降低44. 9%、43. 6%,塔底剪力分别降低40. 7%、39. 0%,且不会引起过大支座位移、残余位移。滑动球型钢支座刚度低,地震响应更小,但缺乏回复机制,支座残余位移稍大;叠层橡胶支座刚度较高,残余位移小,但高刚度使各构件承受更大惯性力,达到相同减震效果需阻尼器提供更高出力。两种塔-梁减震体系各有优劣,但均具有较好的减震效果,均可应用于斜拉桥横向减震。     

减隔震技术在连续梁桥中的应用

介绍了桥梁减隔震技术的基本原理,系统地归纳了目前常用的减隔震装置的隔震机理和力学模型。以外砂河大桥为实际工程背景,进行了采用减隔震技术的桥梁的有限元分析,介绍了下部结构的强度验算方法,研究了高阻尼橡胶支座和粘滞阻尼器对该桥引桥减隔震的效果。隔震装置采用非线性弹簧单元模拟,利用非线性动力时程分析,在该桥采用了高阻尼橡胶支座后研究其地震响应,然后与引入阻尼器后结构的地震响应进行了比较。分析表明:把桥梁结构和隔震装置作为整体结构考虑时,可达到很好的减隔震效果,使内力分配合理,并且减小结构的相对位移。