大跨度斜拉桥近断层地震响应及减震效果分析

历次震害表明,近断层地震对大量土木工程结构造成了灾难性的破坏。为了研究大跨度斜拉桥的近断层地震响应规律及其减震装置的减震效果,选取3条典型近断层地震波作为地震输入,利用MIDAS CIVIL软件对大跨度斜拉桥的近断层地震响应进行了分析,并对其减震效果进行了探讨。结果表明:大跨度斜拉桥的近断层地震响应随着PGV/PGA值的增大而大幅度增大,其中速度脉冲效应的影响非常显著;减震措施对纵向近断层地震作用下的减震效果要好于横向地震作用下的效果,且PGV/PGA值越大,减震效果越小。在近断层地震作用下,斜拉桥在考虑减震措施后仍具有较大的梁端位移,需引起足够的重视。     

大跨度悬索桥地震响应控制分析

以主跨为1 490 m的润扬长江大桥为背景,采用ANSYS软件建立结构有限元模型,计算大跨度悬索桥动力特性。对黏滞阻尼器和软钢阻尼器进行参数敏感性分析,得出控制大跨度悬索桥地震响应的最优参数值,并分析一致激励和行波激励作用下黏滞阻尼器和软钢阻尼器减震效果。研究结果表明,黏滞阻尼器和软钢阻尼器对塔梁相对位移有较好的控制效果,但会使塔底内力有所增加;就位移控制而言,软钢阻尼器的效果更好;在低视波速区间内,黏滞阻尼器和软钢阻尼器减震效果明显存在波动特征;随着视波速的逐渐增大,黏滞阻尼器和软钢阻尼器减震效果受视波速的影响逐渐减小,悬索桥地震响应逐渐平缓,并趋于一致激励作用下的对应值。     

基于粘滞阻尼器的元江大桥减震设计方案

为了提高大跨度桥梁的抗震性能水平,基于粘滞阻尼器的结构减震控制技术成为专家学者研究的重点和工程设计人员首先考虑的抗震设防措施。现有成果主要集中在大跨度公路斜拉桥的研究和应用,在山区的非规则高墩钢桁连续梁桥研究的较少。以云南省元江大桥为例,采用Midas/civil建立弹性分析的有限元模型,对元江大桥进行了动力特性分析。采用快速非线性时程分析方法对粘滞阻尼器参数进行了优化分析,并且总结了粘滞阻尼器参数对高墩连续梁桥的减震作用规律。最后,通过有控和无控结构的地震动响应对比分析,评价了安装阻尼器后的结构主控部位的减震效果。结果表明:减震控制提高了结构的安全性。     

考虑阻尼器极限状态的耗能减震体系 斜拉桥抗震性能分析

在大震或特大震下,黏滞阻尼器可能因某个极限状态的出现而发生破坏。现有在斜拉桥上设置黏滞阻尼器的研究多集中在阻尼器的参数优化上,很少考虑到阻尼器失效对斜拉桥抗震性能的影响。针对这一问题,以某三塔斜拉桥为背景,利用OpenSees平台建立斜拉桥有限元模型和可以考虑承载力及行程极限的黏滞阻尼器模型;分析黏滞阻尼器的阻尼系数和阻尼指数对斜拉桥地震响应的影响,确定阻尼器参数的取值;对不安装阻尼器、安装不考虑极限状态及考虑极限状态阻尼器等多种工况的斜拉桥进行非线性时程分析,对比各工况斜拉桥的地震响应。分析结果表明,在大震下,考虑极限状态阻尼器的耗能能力及减震效果将显著降低;不考虑阻尼器达到极限状态后失效的情况将高估耗能减震设计斜拉桥的抗震能力。     

斜拉桥结构减震设计优化研究

位于中强以上地震烈度区的大跨斜拉桥结构,如果采用传统的抗震设计方法,通常很难满足结构的抗震设计要求,因此采取一定的减震措施显得非常必要。本文以某一总长为2 088m的大跨双塔双索面斜拉桥为分析算例,对斜拉桥结构的减震设计进行了研究。合理的减震结构体系是取得良好减震效果的前提,通过分析对比,该大跨斜拉桥横向采用局部减震体系最为合理,即只在近塔辅助墩处设置横向粘滞阻尼器,其它塔、墩处采用常规的横向约束方案。为使减震结构得到更好的减震效果,还应对减震装置参数进行优化设计。由于采取了合理的减震结构体系、较优的减震装置参数,使该大跨斜拉桥取得了很好的减震设计效果。     

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。     

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。     

双座串联大跨度斜拉桥粘滞阻尼器参数分析

以双座串联大跨度斜拉桥-珠海洪鹤大桥为背景,根据桥梁自振特性及场地效应,生成了三组人工波,采用纵向+2/3竖向的地震作用组合输入方式,通过非线性时程分析,系统的研究了粘滞阻尼器对双座串联大跨度斜拉桥减震性能的影响。同时为了确定粘滞阻尼器的最优参数,对粘滞阻尼器的阻尼系数C和速度指数α进行了参数敏感性分析。结果表明:设置纵向粘滞阻尼器能够显著减小双座串联斜拉桥的纵向位移响应,减小主梁在串联处发生碰撞的概率,同时改善主塔塔底结构受力情况,具有良好的耗能减震效果。综合考虑安全性、适用性和经济性等方面,最后给出针对洪鹤大桥的最优粘滞阻尼器参数:速度指数α为0.3,阻尼系数C为3 000kN/（m/s）^0.3。     

大跨径钢管混凝土拱桥减震控制装置参数的研究

大跨度桥梁结构的减震控制研究对于桥梁结构的抗震安全具有重要意义。本文以主跨368m的茅草街大桥为研究对象,基于ANSYS建立了该桥的三维有限元模型,并采用子空间迭代法分析了该桥的动力特性。在此基础上进行了大跨度钢管混凝土拱桥的地震响应及减震控制研究,重点进行了弹性连接装置和粘滞阻尼器减震效果的参数敏感性分析,并对比分析了不同位置布设减震装置时的效果。结果表明,纵飘振型对该桥肋纵向相对位移的贡献最大;弹性连接装置和阻尼器均能有效减小地震作用下该桥的肋梁纵向相对位移;综合考虑各关键部位的地震响应时,同时采用两类减震装置并将其分散布置时的减震效果最佳。结论可供大跨度中承式钢管混凝土系杆拱桥的抗震设计参考。     

近断层地震特性对隔震曲线连续梁桥地震响应的影响

为研究近断层地震动对曲线连续梁桥地震响应及碰撞效应的影响,采用非线性时程分析法,分别研究脉冲效应、上盘效应及方向性效应对某三跨曲线连续梁桥支座位移、桥墩内力及邻梁间碰撞力的影响;通过支座隔震率的对比分析,探究不同类型近断层地震动下地震响应产生差异的原因。研究结果表明:脉冲效应、上盘效应和方向性效应均会增大曲线连续梁桥地震响应,脉冲效应的影响尤为显著;脉冲效应和方向性效应削弱了高阻尼橡胶支座的隔震特性,而上盘效应对桥梁响应的影响仅与上盘地震动自身特性有关;综合来看,脉冲效应对曲线梁碰撞响应影响最明显,上盘效应影响不大。     

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。     

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。     

A simplified design method for metallic dampers used in the transverse direction of cable-stayed bridges

The aseismic design of cable-stayed bridges in the transverse direction with newly proposed metallic dampers that can accommodate both longitudinal and transverse movement of the deck has recently been considered. This work focuses on developing a simplified method to design an appropriate metallic damper. The seismic performance of cablestayed bridges with different damper stiffness, main span lengths, tower shapes and types of deck in the transverse direction are investigated. The transverse displacement of the deck of a cable-stayed bridge increases significantly with the increment of the damper stiffness, which proves that the design of the damper stiffness is crucial. A simplified model considering the damper stiffness, cable system and tower in the transverse direction is developed to evaluate the period and lateral displacement of a complicated cable-stayed bridge. Based on the simplified model, a design method is proposed and assessed using two cable-stayed bridges as examples. The results show that metallic dampers can be designed with high efficiency, and the optimal ductility of the damper can be selected.     

高烈度区深水斜拉桥动水效应及抗震体系研究

位于高烈度区的深水斜拉桥在地震下不仅会受到强震的作用,还会受到附近水体的作用,结构抗震要求高,选择合理的抗震体系非常重要.以云南格巧高速双河特大桥为工程实例,分析动水作用对斜拉桥地震响应的影响及其与地震强度的关系,在此基础上对斜拉桥的纵、横向抗震体系展开研究并给出合理建议.结果表明,动水作用会增大索塔塔底内力和结构整体位移响应,且对剪力的影响最大;动水对结构各响应的放大作用随地震强度增加呈现出增减不一的变化趋势,抗震设计时应分别考虑各级地震下的动水效应;索塔、辅助墩和桥台处均设置黏滞阻尼器等阻尼约束的纵向协同抗震体系能够最有效减小墩、塔底纵向内力及结构纵向位移,建议作为斜拉桥纵向抗震体系; 斜拉桥横向推荐采用索塔处设置固定约束、墩台处设置钢阻尼器等弹塑性约束的组合约束体系,该体系能同时降低墩、塔底横向内力,并有效控制结构整体横向位移响应.     

Fuzzy logic control of bridge structures using intelligent semi-active seismic isolation systems

Passive supplemental damping in a seismically isolated structure provides the necessary energy dissipation to limit the isolation system displacement. However, damper forces can become quite large as the passive damping level is increased, resulting in the requirement to transfer large forces at the damper connections to the structure which may be particularly difficult to accommodate in retrofit applications. One method to limit the level of damping force while simultaneously controlling the isolation system displacement is to utilize an intelligent hybrid isolation system containing semi-active dampers in which the damping coeffic ient can be modulated. The effectiveness of such a hybrid seismic isolation system for earthquake hazard mitigation is investigated in this paper. The system is examined through an analytical and computational study of the seismic response of a bridge structure containing a hybrid isolation system consisting of elastomeric bearings and semi-active dampers. Control algorithms for operation of the semi-active dampers are developed based on fuzzy logic control theory. Practical limits on the response of the isolation system are considered and utilized in the evaluation of the control algorithms. The results of the study show that both passive and semi-active hybrid seismic isolation systems consisting of combined base isolation bearings and supplemental energy dissipation devices can be beneficial in reducing the seismic response of structures. These hybrid systems may prevent or significantly reduce structural damage during a seismic event. Furthermore, it is shown that intelligent semi-active seismic isolation systems are capable of controlling the peak deck displacement of bridges, and thus reducing the required length of expansion joints, while simultaneously limiting peak damper forces. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.