拉索减震支座在系杆拱桥中的应用北大核心

采用常规设计的系杆拱桥固定墩地震响应较大,固定墩的能力往往无法满足抗震性能目标。基于一座主跨跨径为105 m的钢箱拱肋系杆拱桥的工程背景,设计拉索减震支座同时变化拉索初始自由行程的三个减隔震方案,采用非线性时程方法分析地震作用下各个方案的墩、桩地震响应。分析可得:在拱桥中应用拉索减震支座,可以达到较好的减隔震效果;通过合理地控制拉索的初始自由行程,既可有效地减小桥梁易损构件墩和桩的地震响应,同时又可有效限制墩梁相对位移.     

近场地震作用下采用拉索减震支座桥梁纵向地震响应特性

选择台湾集集近场地震记录作为地震动输入,以常规盆式支座和铅芯减隔震支座为对比,系统考察了近场地震动的速度脉冲效应、破裂方向性效应、上盘效应对采用拉索减震支座连续梁桥纵向地震响应的影响,并且对拉索减震支座进行了参数分析。计算结果表明,近场地震三种效应对采用三种支座的连续梁桥的地震响应都有放大效应;拉索减震支座同铅芯减隔震支座比较,对于位移的放大效应有明显的减小,对于在近场强震情况下通常由位移控制的减隔震连续桥梁,突出显示了其限位优势,能够实现力和位移的完美调节;通过调整拉索减震支座的摩擦系数和拉索自由程能达到更理想的减隔震效果,控制结构的位移,防止落梁、碰撞等灾害发生。     

强震下支座形式对曲线梁桥地震响应的影响

针对强震作用下曲线梁桥地震响应较大、纵横向响应耦合等问题,本文结合三跨曲线连续梁桥的工程实例,研究强震下采用不同减隔震支座对曲线梁桥地震响应的影响。建立全桥三维有限元模型,利用非线性时程分析方法,对比分析了采用球型抗震钢支座、铅芯橡胶支座和拉索减震支座的曲线梁桥在强震下的支座力学特性、墩底内力及墩梁相对位移。结果表明:强震作用下,三种减隔震支座对减小曲线梁桥墩底内力作用的效果均较好;拉索减震支座的限位作用更加明显,落梁风险小;曲线梁桥纵横向地震响应表现出了明显的耦合特性,相比于另两种支座形式,拉索减震支座能够显著减小曲线梁桥位移响应的耦合效应。     

拉索减震支座在近断层城市高架桥梁中的应用

处于近断层地震威胁下的城市高架桥梁需要引入减隔震设计方案解决抗震问题,拉索减震支座由于其良好的适应性较好地解决这一难题。以某城市高架桥中的4×30 m跨径连续梁桥为工程背景,建立全桥有限元模型,基于不同特性的地震动输入,进行拉索减震支座减隔震方案的桥梁结构非线性时程分析。计算结果表明,无论是近断层脉冲型地震动、还是非脉冲地震动或一般远场地震动作用,拉索减震支座均能起到很好的减震作用,满足结构的抗震需求,是高架连续梁桥减隔震体系的理想设计结构。     

高烈度区采用拉索减震支座的大跨连续梁抗震性能分析

基于拉索减震支座的减震原理,采用非线性弹簧单元Combin40与Combin39并联模拟拉索减震支座,以某实际预应力混凝土连续梁为工程背景,利用ANSYS软件建立了三种支座布置形式的计算模型并进行了比较,结果表明,采用此类支座能有效减小连续梁中固定墩墩底地震内力,同时墩梁相对位移也在可控范围内。     

斜拉桥结构中隔震减震技术的应用

针对斜拉桥本身具有半漂浮结构的特点,提出了通过粘滞阻尼器与减、隔震支座的减震设计思路,并阐述了粘滞阻尼器、铅芯橡胶支座及拉索减震支座的性能和应用方法,从而达到减弱结构地震反应的效果。     

桥梁拉索减震支座研发及应用

从目前桥梁减隔震设计面临的"结构地震力与梁体位移"矛盾的平衡问题出发,介绍了新型减隔震支座——拉索减震支座的功能原理、发展、试验研究与实桥应用。理论研究与实桥试验均表明拉索减震支座具有很好的减震效果,且能有效控制墩梁间的位移。     

拉索减震支座桥梁地震易损性分析

拉索减震支座设计合理地解决了减隔震效果的根本问题,既实现了桥梁结构地震反应的力与位移合理平衡,还具有显著的防落梁效果。本文引入了基于性能的地震工程理论框架,通过建立一座三跨连续梁桥有限元模型,并采用多维损伤准则对不同拉索减震支座设计参数的桥梁结构进行了概率地震需求分析与易损性分析。计算结果表明,拉索减震支座的设计参数能够很大程度上影响到桥梁结构的易损概率,在减震设计时需要进行支座参数优化设计,使得桥梁结构地震反应的力与位移达到合理平衡。本文所建立的概率地震易损性方法同样也适用于其他类型减隔震支座,也为以后进一步在此基础上发展经济性分析与决策分析打下基础。     

高速公路梁桥抗震支座减震效果对比分析

以某高速公路梁桥为对象,通过全桥动力非线性时程分析,对比了摩擦摆支座、板式支座和盆式支座的地震响应,探讨了摩擦摆支座对桥梁结构的减震性能。结果表明:相对于板式支座和盆式支座,摩擦摆支座的减震效果较好;设置摩擦摆支座能够大幅减小各活动墩支座的位移响应,极大程度上避免了主梁纵向碰撞和落梁等震害的发生;较板式支座和盆式支座,摩擦摆支座极大缓解了下部承受的地震力,可大幅度降低地震对桥梁下部结构的破坏,从而提高桥梁结构抗震能力。     

地震动速度脉冲对减隔震连续梁桥纵向地震响应的影响

本文分别选取台湾集集和Imperial Valley地震中有、无速度脉冲效应的两类实际地震记录作为地震动输入,基于一座实际连续梁桥,通过SAP2000软件建立有限元分析模型,以铅芯橡胶支座、拉索减震支座为研究对象,以非减震体系为对比,系统考察了速度脉冲对减隔震连续梁桥纵向地震响应的影响。结果表明:速度脉冲对非减震以及减隔震连续梁桥的纵向地震响应均有放大作用;在速度脉冲作用下,与非减震桥梁结构相比,虽然铅芯橡胶支座能较大程度减小地震内力响应,但支座变形能力无法满足变形需求,而拉索减震支座在实现减小桥梁地震内力响应的同时仍具有较好的限位能力,重视力与位移之间的平衡,具有较好的减隔震效果。     

基于力-位移平衡理念的大跨度连续梁桥拉索支座减隔震技术研究与应用

连续梁桥由于其受力明确、施工方便、跨越能力强等优点,在公路及市政的跨线、跨河桥梁中得到广泛应用。以上海崧泽高架跨油墩港大桥为例,通过实现结构力-位移平衡为核心理念,在以普通球钢支座设计方案进行抗震分析的基础上,着重对采用拉索减震支座的减震效果进行分析。结果表明:采用拉索减震支座后,通过合理的拉索刚度与自由程设计,能实现结构地震响应力与位移的平衡调节,达到理想的减震效果。有效控制结构墩梁的相对位移,达到预期的抗震设防目标。     

考虑碰撞效应的混凝土连续梁桥减震性能分析

为研究强震作用下摩擦摆支座隔震连续梁桥的减震效果,以某(60+90+60)m预应力混凝土连续梁桥为工程背景,采用SAP2000建立全桥空间有限元模型,对摩擦摆曲率半径进行优化,并与球钢支座模型的地震响应比较,显著改善了墩底内力;相对延性抗震体系,摩擦摆支座虽能有效降低墩底内力需求,但支座位移较大,应考虑强震下梁体与挡块可能的碰撞效应;碰撞发生时的接触刚度和间隙均对摩擦摆支座减震性能有一定影响,墩底内力响应随初始间隙的增加而减小,随接触刚度的提升而增加,因此需根据地震水准和性能目标合理设置防震挡块。     

高烈度区框架结构柔性连接楼梯间减震分析

现行结构设计中楼梯间通常不参与结构整体计算,大震作用下不仅影响结构刚度,楼梯间构件也会受到不同程度的破坏。柔性连接楼梯间释放了梯段的斜撑作用,可使梯板免于破坏。本文楼梯间采用减震支座连接,支座采用非线性连接单元模拟,滞回模型采用Bouc-Wen模型,对比分析了罕遇地震激励下刚性连接、滑移和减震连接楼梯间的地震响应及薄弱部位,并通过改变拉梁与梯柱的截面,分析了楼梯间的破坏模式。基于刚度比的计算结果表明:大震作用下柔性连接楼梯间不易破坏,减震连接楼梯间的破坏模式和梯柱与拉梁的刚度比相关。     

高速铁路桥梁中减震支座系统的研究

以某实际高速铁路桥梁工程为背景,针对该工程中已应用的摩擦摆支座在地震作用下剪切变形容易超限的现象,引入一种适用于高铁桥梁的软钢阻尼器——减震榫,与摩擦摆支座共同作用组成一种新的减震支座系统。用SAP2000建立桥梁有限元模型,分析模型中摩擦摆支座采用SAP2000中的Friction Isolator连接单元,减震榫采用Plastic(Wen)连接单元模拟,桥墩中混凝土和钢筋均采用纤维模型。对比分析了高铁桥梁当分别采用摩擦摆支座、摩擦摆-减震榫支座系统作用时的地震响应。     

长周期斜拉桥纵向减震分析

对一自振周期长达11.56 s的半漂浮体系斜拉桥建立了有限元模型,考虑桩土的共同作用和抗震盆式支座的摩擦耗能,进行结构自振特性和非线性地震响应时程分析,研究恒载内力对结构自振特性的影响,液体粘滞阻尼器参数和布置方案对斜拉桥地震响应的影响,以及斜拉桥在长周期地震波激励下的响应特点。结果表明:恒载内力对结构基频有较大影响;在塔梁之间与梁墩之间均布置阻尼器结构减震效果更好;液体粘滞阻尼器参数对斜拉桥地震响应影响规律与常规半漂浮体系斜拉桥不同;相同地震波峰值加速度下,斜拉桥在长周期地震波和普通地震波激励下响应值可达数倍关系,设置阻尼器后斜拉桥结构减震效果良好。研究结果可供同类斜拉桥减震设计参考。     

含三维非线性铰链的超大尺寸展开桁架天线动力学响应分析

针对含三维间隙铰链和张拉索的大型空间展开桁架天线,研究其在冲击载荷作用下的非线性动力学特性.基于ANSYS软件建立了含间隙铰链的桁架天线非线性动力学有限元模型,采用六个组合单元模拟一个三维间隙铰链,并考虑张拉索的几何非线性,分析了桁架天线在冲击载荷作用下的非线性动力学响应.通过和理想铰链模型的分析结果进行比较,揭示间隙铰链对结构动力学响应的影响机理,进而研究了间隙大小、冲击载荷大小及作用时间、界限滑移力等对结构动力学响应的影响规律,从而为大型空间展开桁架天线结构的动力学设计及振动控制提供理论支撑.     

强震区混合梁独塔斜拉桥纵向抗震设计

强震区混合梁独塔斜拉桥的梁体质量大,对结构体系的抗震性能要求高,合理选择纵桥向的抗震体系尤为重要。以89+245+185 m的独塔斜拉桥新津河大桥为研究对象,建立了有限元模型,通过非线性时程分析,比较了固结、飘浮、弹性索体系的结构地震内力与位移响应,在此基础上提出了弹性索与拉索减震支座组合设计方案。结果表明:塔梁设置弹性索有利于控制主塔内力与地震位移,弹性索与拉索减震支座组合设计方案可充分利用桥墩的抗震能力,进一步有效控制地震位移,提高全桥的整体抗震性能。     

变摩擦-摩擦摆支座减震机理及减震效果有限元分析

将传统摩擦摆支座的球形滑面划分为n个圆环区域,研发一种新型变摩擦-摩擦摆支座,通过在不同环面上铺设不同材料从而实现摩擦系数的变化;通过理论及数值方法分析变摩擦-摩擦摆支座的减震机理,并探讨n变化时支座减震机理的变化规律;将n=6的新型变摩擦-摩擦摆支座应用到K8型单层球面网壳结构中,研究变摩擦-摩擦摆支座网壳结构的抗震性能,并分析传统及新型变摩擦-摩擦摆支座结构减震效果的差别。与传统摩擦摆支座相比,变摩擦-摩擦摆支座刚度和阻尼具有良好的自适应特性,并且随着n的增大,支座的自适应特性逐渐增强;变摩擦-摩擦摆支座单层球面网壳结构具有良好的抗震性能,与传统摩擦摆支座网壳结构相比,变摩擦-摩擦摆支座结构的减震效果更优。     

结构性能的混凝土拱桥减震方法研究

基于位移的抗震设计理论应用于混凝土拱桥时,由于混凝土拱桥刚性巨大的特殊性,该理论无法有效的对拱桥进行减震。针对混凝土拱桥,提出了一种基于性能的减震设计思路的新的减震方法——“一种混凝土拱桥变刚度智能减震控制系统”。该方法在地震作用下将改变主拱体系、适当降低拱桥刚度、提高主拱结构变形能力,对拱桥的位移和主拱的受力进行双控。分析表明,该方法在不显著增加位移的情况下可以降低混凝土拱桥在地震作用下的结构内力。     

半漂浮式主梁钢管混凝土拱桥黏滞阻尼器减震设计

为研究大跨半漂浮体系中承式钢管混凝土拱桥黏滞阻尼器参数选取与减震效果,以某计算跨径320 m中承式钢管混凝土拱桥为工程背景,采用MIDAS/Civil软件建立有限元模型,在动力特性分析的基础上提出黏滞阻尼器减震方案,并基于非线性动力时程分析方法研究了黏滞阻尼器的参数选取与减震效果。结果表明:半漂浮体系中承式钢管混凝土拱桥的纵飘振型出现较早,振型参与质量所占比重大,黏滞阻尼器参数选取主要应考虑梁端纵桥向容许位移和阻尼器连接构件所能承受的阻尼力; 对相同的阻尼指数,主梁梁端最大纵桥向位移响应随着阻尼系数的增大呈非线性减小,阻尼器轴力随着阻尼系数的增大几乎呈线性增大; 阻尼指数在0.2～0.4之间变化时,阻尼指数越大,同时满足梁端位移与阻尼力要求的阻尼系数可选范围越大; 设置黏滞阻尼器后,梁端纵桥向位移响应显著减小,拱顶纵桥向位移有所增加,除拱顶处拱肋轴力略有减小外,其余各处轴力、剪力与弯矩均有所增加,但内力响应绝对值不大; 研究成果可为同类桥梁减震设计提供参考。