减震结构粘滞阻尼器参数优化分析

研究了基于响应面法进行减震结构非线性粘滞阻尼器参数优化设计的方法,该方法包括试验设计、有限元分析、响应面函数拟合和参数优化。以一榀钢筋混凝土框架结构非线性粘滞阻尼器参数优化为例,以所有粘滞阻尼器提供的阻尼力之和最小为优化目标函数,层间最大位移限值作为约束条件,建立粘滞阻尼器参数优化的数学模型,然后运用非线性规划优化方法进行参数优化。算例研究结果表明:基于响应面法进行粘滞阻尼器参数优化,既能保证结构层间位移小于限值,又能降低建造成本。     

基于MRD与LRB混合控制的隔震连续梁桥地震响应

为了研究磁流变阻尼器(MRD)与铅芯橡胶支座(LRB)混合控制对桥梁结构地震响应及隔震效果的影响,以典型三跨连续梁桥为背景,采用平行板模型模拟MRD的本构关系,采用Bouc-Wen模型模拟LRB的力-位移非线性行为,通过对结构的离散建立无控制、LRB单独控制、MRD与LRB混合控制的多种控制工况有限元计算模型,运用有限单元方法建立系统的动力特性矩阵,并采用瞬时最优控制算法对其进行了非线性时程对比分析.分析结果表明:采用MRD与LRB混合控制工况与LRB单独控制工况相比,前者的结构地震响应明显降低,隔震效果得到明显提高;在桥墩、桥台处均安装MRD与仅在桥墩或桥台处安装MRD的LRB隔震桥梁相比,前者对结构地震响应的控制效果更好.     

隔震曲线连续梁桥粘滞阻尼器参数优化分析

为了提升粘滞阻尼器在隔震曲线梁桥中的减隔震效果,本文对其力学性能参数进行了优化分析。基于ANSYS建立了某三跨隔震曲线连续梁桥的有限元模型,采用非线性动力时程法,分析了粘滞阻尼器速度指数和阻尼系数等参数对地震作用下支座位移和墩底剪力的影响,并确定了粘滞阻尼器参数的合理取值范围。在此基础上,基于零阶优化算法,以墩底剪力绝对值之和为目标函数,对粘滞阻尼器进行了参数优化,并对比分析了优化前后的减震效果。结果表明：阻尼系数对支座位移和墩底剪力的影响十分显著;速度指数对支座位移和墩底剪力的影响与阻尼系数有关。粘滞阻尼器参数优化后,支座切向和径向位移减震率分别在47%和22.2%以上,中墩支座的切向位移减震率高于边墩支座,而边墩支座的径向位移减震率高于中墩支座;边、中墩切向剪力差值由956kN减小为220kN,径向剪力差值由441kN减小为130kN,其受力相对更为均衡。     

高速公路多联连续梁桥隔震研究

针对高速公路多联连续梁桥的抗震问题,本文对铅芯橡胶支座和摩擦摆支座进行了隔震效应分析与设计优化。本文基于多联有限元模型和非线性时程分析方法,分析了多联体系下各墩地震响应的差异,及铅芯橡胶支座和摩擦摆支座的隔震和耗能效果,并对隔震支座的参数布置进行了优化。结果表明：多联桥梁交界墩的地震响应较联内墩一般增大20%以上,交界墩上部结构跨径差异较大时甚至可达75%。铅芯橡胶支座位移限制能力和大震耗能更好,且屈服前刚度越大、屈服强度和屈服后刚度越小,滞回耗能能力越强;摩擦摆支座小震时即可发挥其隔震效果,且滑动摩擦系数越小、曲率半径越大,隔震效果越好。通过在交界墩布置更多隔震支座可在保证一定隔震率的同时改善桥墩受力不均匀的问题,具有一定的工程参考价值。     

对连续梁桥减隔震支座抗震性能的比较分析

以厦漳跨海大桥北汊南引桥为依托,采用有限元非线性时程分析方法,比较分析了铅芯橡胶支座和盆式橡胶支座对高烈度地区大跨径连续箱梁桥的抗震影响。研究结果表明:铅芯橡胶支座增加了结构在地震作用下的振动周期和主梁梁端位移,减小了固定墩的受力。相比盆式橡胶支座,铅芯橡胶支座可以使主梁梁端位移增加20%~200%,固定墩内力减小36%~80%。说明铅芯橡胶支座能够通过增加主梁位移达到减小桥墩受力的效果,隔震效果明显。该研究成果可为同类型桥梁的抗震设计提供参考。     

连续板桥竖向隔震的弹性时程分析

为了提高桥梁结构在竖向地震作用下的抗震能力,提出竖向隔震的思想,首先分析了桥梁竖向隔震的减震原理,提出一种新型的三维隔震装置并确定了其几何结构和力学性能参数其次,利用有限元软件AN-SYS建立了一座三跨连续板桥三维模型,分析了在El-centro波竖向分量9度小震作用下装置的竖向隔震效果,并研究了竖向粘滞阻尼器的阻尼系数对竖向隔震效果的影响规律结果表明,提出的三向隔震装置可以有效地减小结构的竖向地震动力响应,竖向隔震效果随粘滞阻尼系数的增大而增加,但阻尼系数存在一个较优值.     

半漂浮体系斜拉桥粘滞阻尼器布置与参数优化

针对某新建半漂浮体系斜拉桥的阻尼器优化布置问题,采用SAP2000建立了全桥三维有限元模型,基于粘滞阻尼器耗能原理,以桥梁关键部位的抗震能力为指标,对比研究纵、横桥向不同阻尼器布置方式的减震效果,并对横桥向阻尼器的性能参数进行优化。研究表明:当不设置阻尼器时,主梁在纵桥向为半漂浮体系,其惯性力基本由索塔承担,导致索塔出现损伤,辅助墩和过渡墩尽管内力较小,但其支座变形超限; 主梁横向惯性力主要由索塔和过渡墩承担,辅助墩由于布置双向支座参与很小,由此导致过渡墩损伤。在纵桥向,在塔梁交接处布置4个阻尼器时,索塔可保持无损状态,支座变形也低于容许值; 在横桥向,将过渡墩单向支座改为双向,并布置双侧阻尼器后,可保证过渡墩处于无损状态,且支座变形低于容许值,此时的优化参数为ξ=0.3、C=3 000 kN/(m/s) ξ。     

基于自振与频谱特性影响的LRB连续梁桥隔震效果研究

为了探讨桥梁自振特性与地震波频谱特性对LRB隔震效果的影响,以典型三跨连续梁桥为工程背景,采用Bouc-Wen恢复力模型模拟LRB非线性滞回特性,采用Takeda三线性模型模拟桥墩非线性特性,编制了运用Newmark时间积分法和四阶显式Runge-Kutta迭代法联合求解增量形式的全桥非线性运动方程的时程分析程序。利用程序并结合算例对LRB隔震连续梁桥在不同地震激励和不同基本周期影响下的隔震效果进行了分析。结果表明,桥梁结构基本周期和地震激励频谱成分对LRB的隔震效果有较大影响;在易发生低频脉冲型地震波的场地上不宜使用LRB作为桥梁的隔震设备。     

大跨连续梁桥板式橡胶支座隔震影响因素分析

为探究板式橡胶支座在不同影响因素下结构隔震性能的最优化,以北京高烈度区某大跨钢-混组合梁桥为工程背景,采用非线性时程分析和多指标综合评价方法,对比分析不同橡胶剪切模量、不同支座布置方案等多种影响因素下的隔震效果.结果表明,常规抗震方案下各墩地震力分配严重不均衡;在隔震方案中,降低橡胶剪切模量后主梁位移增大,墩底弯矩小幅减小,结构综合隔震效果变差;适当将聚四氟乙烯板与普通板式橡胶支座组合,综合隔震效果更好,且宜将聚四氟乙烯板式橡胶支座靠近中间墩布置;所用评价方法在综合考虑主梁位移和最大墩底弯矩后,可量化隔震方案优劣.     

曲线连续箱梁桥活载作用下结构空间效应分析

针对大曲率扁平连续箱梁桥在活载作用下的结构空间效应问题,使用板壳有限元模型建立影响面,计入了截面畸变的影响,避免了杆系模型平截面假定带来的误差.影响面加载时,首先利用影响面的横断面确定车辆荷载的横向最不利位置,再进行纵向动态加载,得出最大的活载效应.通过与杆系模型结果进行比较认为:对于小曲率箱形连续梁桥,可以展开成直梁用影响线加载计算活载效应;对于大曲率窄桥,使用基于杆系理论的鱼骨梁模型建立影响面已足够精确;对于大曲率宽桥,箱梁畸变的影响比较显著,必须使用基于板壳模型建立的影响面进行加载,才能满足设计对精度的要求.     

三跨独柱连续曲线梁桥抗倾覆稳定性分析

为研究三跨独柱连续曲线梁桥的抗倾覆能力,基于结构倾覆的力学原理并根据桥梁倾覆轴选取原则,推导了微弯桥与弯桥的倾覆轴选取临界方程,比较了弯桥中两类倾覆轴下的抗倾覆稳定性,对三跨独柱连续曲线梁桥的抗倾覆稳定系数进行了验算,并与规范公式计算值进行对比。计算结果表明:在选取弯桥倾覆轴时,根据两中墩支座连线作为倾覆轴进行抗倾覆验算的结果更安全;三跨独柱连续曲线梁桥的抗倾覆稳定系数随曲率半径增大呈现先减小后增大的趋势;对于微弯桥,理论计算值比规范计算值更大;对于弯桥,两者基本一致。     

汽车荷载作用下曲线简支梁桥的动力响应

在建立6参数1/4汽车模型和每节点7个自由度的桥梁有限元模型的基础上,研究了汽车荷载作用下曲线简支梁桥的动力响应.通过数值模拟,分析了简支弯箱梁桥的动力特性,同时研究了不同的曲率半径、偏心距、弯扭刚度比、行驶速度等因素对动力放大系数的影响.结果表明：并非所有的前5阶桥梁自振频率随曲率半径的增加而增加;当参数改变时挠度和扭转角的动力放大系数的变化规律并不相同,相同条件下扭转角动力放大系数的变化较挠度动力放大系数的变化明显.     

刚构连续弯板桥空间有限元分析

随着高等级公路的兴建和城市建设的进一步发展,平面曲线桥梁应运而生,刚构连续弯板桥成为有力竞争桥型之一.为了研究刚构连续弯板桥的空间受力特性,本文结合一实例刚构连续弯板桥,针对平面软件分析弯桥的不足,首先利用通用有限元软件ANSYS进行整体建模分析,整体分析中不考虑普通钢筋的建模,接着用专业软件桥梁博士对截面进行计算复核.从实际运营情况看,复核结果是合理的.     

刚构连续弯板桥空间有限元分析

随着高等级公路的兴建和城市建设的进一步发展,平面曲线桥梁应运而生,刚构连续弯板桥成为有力竞争桥型之一．为了研究刚构连续弯板桥的空间受力特性,本文结合一实例刚构连续弯板桥,针对平面软件分析弯桥的不足,首先利用通用有限元软件ANSYS进行整体建模分析,整体分析中不考虑普通钢筋的建模,接着用专业软件桥梁博士对截面进行计算复核．从实际运营情况看,复核结果是合理的．     

连续梁桥的矢量地震动强度指标选取

为了在不显著增加计算量的前提下,简化地震动强度指标的选取流程,减小概率地震需求模型的变异性,提出针对特定场地条件和结构类型的矢量地震动强度指标选取方法. 首先基于候选的20个标量地震动强度指标（IM）,通过方差扩大因子法剔除能被其他IM线性表示的不重要IM,消除IM间的多重共线性;然后从线性无关的IM中按偏决定系数选取与工程需求参数具有显著相关性的IM作为矢量地震动强度指标的分量;同时以邯郸市南环路东延的一座预应力混凝土三跨连续梁桥为例,进行6折交叉验证. 结果表明:在训练数据集和测试数据集上,采用两步筛选后得到的矢量地震动强度指标[S_a0.2,S_a1.0,T_m]建立回归模型的离散性较采用标量地震动强度指标S_a1.0建立的回归模型分别减小13.67%、17.07%,且不存在过拟合现象. 研究结果可以为特定场地条件下的连续梁桥选取合适的矢量地震动强度指标.     

曲线连续梁桥在车辆制动作用下的动力响应

以某一匝道公路曲线连续箱梁桥为例,分析了该类桥梁的空间车桥耦合振动问题。用ANSYS软件模拟梁桥,选用典型的三轴空间车辆模型,采用模态综合法编制公路曲线车桥耦合振动响应MATLAB程序,获得了车辆制动作用下曲线连续梁桥的动力响应及冲击系数,研究了初速度、制动位置、制动力上升时间、桥面平整度等参数对冲击系数的影响。结果表明：车辆制动时,主梁最大挠度、挠度和内力冲击系数没有随初速度的增大而单调递增或递减,但均明显大于车辆以相同初速度匀速行驶时的结果,且可能超过规范值。在桥前半跨内制动时,挠度和跨中剪力冲击系数大于在后半跨度内制动情况,同时,当车辆制动位置大于半跨且越靠近支点时,车辆制动时挠度和内力冲击系数越接近匀速时的结果。随着曲率半径的增大,桥梁的挠度、弯矩和扭矩冲击系数逐渐减小,而剪力冲击系数逐渐增大;弯桥的挠度、弯矩和扭矩冲击系数大于直线桥结果,紧急制动易于加剧桥梁的振动。     

PC连续箱梁桥裂缝控制研究

结合两座实桥的裂缝观测和有限元分析的结果，研究了大跨径变截面预应力混凝土连续箱梁桥的抗裂性能，首先，对引起箱梁开裂的主要因素如纵向预应力束布置方式，竖向预应力大小，温度梯度模式等进行了敏感性分析，从预应力筋布置、温度梯度模式的选取、混凝土拉压应力的限值、非预应力筋的设置等几方面提出了抗裂设计改进建议，并指出目前用于箱梁计算的平面杆系理论和空间梁格理论的局限和不足，其次，在分析常见结构性裂缝及其成因的基础上，建议在腹板中加强配制斜筋和箍筋的措施来防治腹板斜裂缝，最后，认为纵向预应力束布置方式和竖向预应力大小对箱梁腹板斜裂缝的控制和开展起着主要的作用，现行计划支座附近温度应力偏于不安全，腹板箍筋应考虑竖向应力影响。