公路桥梁隔震支座应用效果对比分析

伴随着国际性的减隔震设计思潮,减隔震技术理念在我国逐渐树立并推广开来。以某公路桥梁为背景,通过对比采用高阻尼橡胶支座与其他类型桥梁支座时,在不同墩高条件下桥梁结构的地震响应,分析了高阻尼隔震橡胶支座在该类桥梁中的隔震效果。     

公路梁桥高阻尼橡胶支座优化配置研究

减隔震设计是较为有效的抗震措施,高阻尼橡胶支座(HDR)亦因其较好的减隔震效果在公路梁桥中广泛应用。采用非线性时程分析法对软弱场地中配置不同减隔震支座的梁式桥进行地震响应分析,研究发现高阻尼橡胶支座的减隔震效果优于相同支承能力的板式橡胶支座。然而,无论是滑动式板式支座还是滑动式高阻尼橡胶支座均会导致相应桥墩处的支座位移过大,且各项地震响应与其他各墩差异较大,荷载在各墩间分配不均。通过改变边墩处高阻尼橡胶支座的刚度及类型,分析对比了支座的各项参数对桥梁结构地震响应的影响规律。研究发现全桥采用刚度相近的高阻尼橡胶支座时能够达到全桥各墩抗震性能的均衡、减小地震作用对桥梁结构及支座的破坏。     

长联大跨复杂桥梁抗震设计及其方案优化

长联大跨连续梁桥因其跨越能力大、伸缩缝少等优点,应用较为广泛,且跨径联长有不断增大的趋势。该类桥梁在地震作用下的地震响应较为复杂,并且温度变形较大,受减隔震方案的支座选取及约束体系影响较大,在抗震设计时应予以考虑。本文以某长联大跨复杂连续梁桥为研究对象,建立有限元模型,对其抗震性能进行分析。结果表明:采用常规的设计方案不满足抗震要求,需进行减隔震设计。分别设计了单墩固定和双墩固定两种形式的墩梁连接方式,并从温度作用下产生的附加内力、伸缩缝位移、支座和墩柱的地震响应、减震率等方面进行了系统的对比分析,提出最优减隔震方案。分析表明:双墩固定方案的地震响应相对于单墩固定方案稍小,减隔震效率相对较高,且伸缩缝位移相对较小;双面摩擦摆+黏滞阻尼器方案地震响应最小,减震效果最好,但阻尼器易漏油,维护成本高;钢支座(边墩)+高阻尼橡胶支座(中墩)方案支座剪力偏大;综合考虑温度变化影响、地震响应、减震效果以及减隔震方案的可维护性和经济性等各方面的影响,双墩固定的钢支座(中支座)+高阻尼橡胶支座(边支座)方案较优。     

高铁矮塔斜拉桥减隔震装置性能对比研究

目的研究不同减隔震装置如黏滞阻尼器、速度锁定器和双曲面球型减隔震支座的减震机理和减震效果,为高铁矮塔斜拉桥减隔震设计提供依据.方法以某高铁矮塔斜拉桥为背景,建立Midas有限元模型,分别采用不同连接单元模拟黏滞阻尼器、速度锁定器及双曲面球型减隔震支座,输入人造地震波,进行各装置的参数优化及减震效果对比.结果黏滞阻尼器减震率为27%～59%;双曲面球型减隔震支座减震率为34%～48%,但却使墩梁相对位移增加32%;速度锁定器减震率为12%～39%,但却使相邻塔墩内力增加18%～39%.结论双曲面球型减隔震支座减震率高但是增加了墩梁相对位移;速度锁定器减震率较弱,并且提高了结构刚度,增加了桥梁对地震的反应;黏滞阻尼器减震率高,副作用小,并且可以消耗地震能量,对内力和位移均有较好的减震效果,在实际应用中优先推荐使用.     

不同支座对异形斜交梁桥减隔震性能的影响研究

随着城市桥梁发展,城市立交匝道上异形梁斜交梁桥大量增加,对于高烈度地区异形斜交连续梁桥减隔震的问题,以甘肃(天水)国际陆港城陆港大道上异形斜交梁桥为研究对象,采用非线性时程分析方法,研究异形斜交梁桥采用普通橡胶支座、超高阻尼SHDR支座和摩擦摆FPQZ支座的地震反应.结果表明:异性斜交桥梁结构采用FPQZ支座,结构前三阶自振周期增大最大,FPQZ支座在增大周期方面比SHDR支座效果更好;采用SHDR支座,固定墩和活动墩纵横向墩底内力随入射角的变化幅度较FPQZ支座小,且SHDR支座左右墩受力更均匀,对全桥的受力更为有利;异形中墩斜交梁地震作用下墩底内力和位移受地震波入射角的影响较大,工程设计中应充分考虑地震波入射角的影响,采用普通支座和减隔震支座时最大最小内力发生入射角也不相同,设计时应考虑.     

隔震桥梁非线性地震反应分析

根据隔震桥梁的设计特点,分别利用非线性水平和转动弹簧单元来模拟减、隔震支座和桥墩延性塑性铰的非线性性能,计及隔震器、减震器的作用对桥梁结构非线性弹塑性动力反应进行研究.采用大型结构分析软件ANSYS,结合算例分析了桥梁采用减、隔震支座和利用桥墩延性抗震的减震效果.     

时效及环境因素对隔震连续梁桥地震反应的影响

为考虑时效及环境因素对隔震支座力学特性的影响,介绍了国外学者和规范提出的支座特性修正系数、调整系数和界限分析方法,结合中国隔震橡胶支座的特点给出了力学特性修正过程.构造了12座具有不同外型特征的连续梁桥作为研究对象,分别采用3种常用的隔震支座(即铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座和超高阻尼橡胶支座),基于Open Sees地震分析计算平台建立了隔震桥梁的3维动力分析模型,通过大量的非线性动力时程分析考察了时效及环境因素对不同高度桥墩地震反应的影响程度及其在不同外型桥梁中的离散情况,还采用增量动力分析技术研究了不同地震动强度(PGA)的影响.分析结果表明:时效及环境因素对隔震桥梁地震反应的影响较大,尤其是对处于0.2~0.4g加速度峰值下隔震桥梁的较低墩的位移反应;对于采用铅芯、高阻尼和超高阻尼橡胶支座的隔震桥梁,不考虑其影响则可能低估较低墩10%、50%和100%及以上的墩顶位移需求.     

考虑动水压力的拉索减震支座深水桥梁地震响应分析

以某跨海连续梁桥为例,研究动水压力对拉索减震支座减隔震体系下深水桥梁地震响应的影响,分析拉索减震支座在深水区连续梁桥中的适用性。首先建立考虑动水压力下的深水桥梁地震响应分析方法,然后针对拉索减震支座减隔震体系对该桥进行动力响应分析,并与摩擦摆减隔震体系进行对比。结果表明:动水压力增大了深水桥梁的地震内力和位移响应;拉索减震支座减隔震体系下,动水压力对地震响应的影响程度明显小于摩擦摆减隔震体系,体现了拉索减震支座在深水桥梁抗震设计中的优越性。     

隔震桥梁地震反应速度控制型实时子结构试验

研究速度控制型实时子结构拟动力试验系统,并通过试验直接考察在地震中天然橡胶支座(NR)、高阻尼隔震橡胶支座(HDR)和超高阻尼隔震橡胶支座(HDR-S)等速度相关型隔震支座对桥梁的减隔震效果.速度控制型实时子结构拟动力试验系统实现实时子结构试验的速度控制,在试验过程中充分地考虑到加载速度对拟动力试验结果的影响,高精度地模拟了隔震桥梁的地震反应.试验结果证明,对于速度相关型试验试件这种试验系统拥有足够的精度.通过对比3种不同隔震橡胶支座的试验结果,证明了超高阻尼隔震橡胶支座对隔震桥梁结构具有优良的隔震减震效果.     

基于SHDR支座的异形斜交梁桥减隔震分析

随着城市桥梁的发展,城市立交匝道上异形斜交梁大量增加,由此引起高烈度地区异形斜交连续梁桥减隔震问题日益突出.本文以甘肃(天水)国际陆港城陆港大道第一联(30+28.5)m异形斜交连续梁桥为实际工程背景,采用有限元分析软件Midas Civil—2019建立桥梁空间三维抗震模型,采用反应谱及非线性时程分析方法,对普通橡胶支座和SHDR支座的地震反应的影响分别进行分析,研究在纵向及横向地震作用下1#固定墩和2#活动墩墩顶左右支座位移及内力的变化规律.结果表明:SHDR支座对该异形斜交连续梁具有很好的减隔震作用,采用SHDR支座能增加桥梁结构前三阶振型的自振周期,避开地震动卓越周期;与普通支座相比,采用SHDR支座后,活动墩分担了较大的地震力,固定墩墩底弯矩和墩顶位移反应显著减小,使结构处于弹性受力状态,以满足抗震设防目标.     

自锚式悬索桥的减震控制试验研究

为研究独塔自锚式悬索桥在纵向设置粘滞阻尼器后的结构地震响应和减震效果,本文以某独塔自锚式悬索桥为工程背景,按照相似理论,设计制作了1/20大比例缩尺模型,设计了一致输入和行波输入试验工况,进行了在主箱梁与辅助墩之间纵向设置粘滞阻尼器的振动台试验。研究结果表明：在自锚式悬索桥纵向设置参数合理的粘滞阻尼器后,模型桥的纵飘频率变化很小,阻尼比变大,说明粘滞阻尼器对结构提供了一定的阻尼,一致激励工况下,梁端、塔顶位移反应减小,并且主塔底部应力有所减小,具有较好的减震效果;行波激励工况下,行波效应对自锚式悬索桥的结构响应有放大作用,阻尼器在行波激励下起到了很好的减震作用。     

自锚式悬索桥空间耦合自由振动分析的理论研究

基于大位移非线性弹性理论的广义变分原理，考虑了加劲梁轴向压缩应变能和剪切应变能的影响，建立了三跨自锚式悬索桥空间耦合自由振动的大位移不完全广义势能泛函，通过约束变分导出了自锚式悬索桥的竖向挠曲振动、横向挠曲振动、纵向振动及扭转振动的基础微分方程，为自锚式悬索桥的固有振动性状分折提供可靠的理论依据。     

双向地震影响下抗震和减震结构变形的比较

为比较在同时考虑两个水平方向地震影响的情况下,多层框架抗震结构和橡胶垫减震结构变形的区别,采用空间杆系模型在弹塑性范围内对结构进行了动力分析·介绍了进行动力分析的方法,计算了两种结构在地震波作用下各层的层间位移等地震反应·从动力反应的比较可见,减震结构采用橡胶隔震垫后,改善了结构的动力特性,从而使整个上部结构的地震反应大大降低;在同时考虑两个水平方向地震作用时更能体现出减震结构相对抗震结构的优越性·     

SMA-滚动隔震火炬塔的地震反应分析

提出一种新的SMA-滚动隔震支座,建立了该支座的恢复力模型,并应用于火炬塔基础部位.研究了该隔震体系在El-Centro地震波作用下的时程反应,并与非隔震的火炬塔结构体系进行了对比研究.计算结果表明,SMA-滚动隔震支座隔震体系的质量层最大绝对加速度可减少86.6%,上拔力减少了72.9%,轴力最大可减少87.2%.     

基于橡胶隔震支座老化作用的近海隔震桥梁地震响应时变规律

通过对橡胶隔震支座进行海洋环境下的老化时变规律试验和理论分析研究,得到橡胶隔震支座在海蚀环境下的性能劣化规律。利用钢筋混凝土材料和隔震支座材料的劣化模型,采用SAP2000软件建立近海隔震桥梁的非线性动力分析模型。定义墩柱劣化、橡胶隔震支座劣化及二者共同劣化三种劣化工况,对桥梁在全寿命周期内的地震响应的时变规律进行分析。结果表明:墩柱材料和支座性能单独劣化均会显著影响桥梁的地震响应,而二者共同劣化的响应结果取决于单一因素的结果。总体来看,随着劣化时间的增大,墩顶最大位移增大,支座水平最大剪切位移减小,墩柱塑性耗能增大,支座滞回耗能面积减小。研究可为桥梁结构全寿命抗震性能分析和评估提供理论依据。     

强震作用下斜拉桥纵桥向非线性地震反应分析

为研究斜拉桥在纵桥向强震作用下的抗震性能,对某具有一定代表性的中等跨度斜拉桥,通过线性能力需求比的确定,合理引入能考虑塑性发展的非线性弹塑性单元,研究纵桥向强震作用下桥梁各主要构件的塑性发展状况及其对全桥地震反应的影响.结果表明:在强地震动作用下,桥塔、墩等构件的塑性发展不但与地震波的特性还与地震波的强度相关;斜拉桥的桥塔存在先于辅助墩和边墩屈服的可能性;桥塔屈服将显著减小塔柱下部结构的地震需求.由此得到以下结论:在强震作用下,需考虑桥塔的非线性地震响应及其对桥梁整体抗震性能的影响;以目前的工程设计来看,在纵桥向强震作用下,桥塔、墩各截面仍有一定的塑性能力储备.     

斜拉桥H型混凝土桥塔的有限延性

由于塔梁之间的横向约束,在强地震动作用下斜拉桥的桥塔将产生较大的横向动力响应,为了满足规范规定的抗震性能目标,则须采用较大的桥塔配筋率.同时,桥塔基于弹性设计的思路,还会导致下部结构的工程量增加,其工程经济性值得商榷.为此采用IDA(incremental dynamic analysis)方法研究斜拉桥桥塔横桥向塑性变形分布规律和破坏模式.通过有限元分析和拟静力试验相结合的手段,对H型混凝土桥塔横向破坏机理进行验证,确定所要达到的性能目标,并得到与之对应的可以量化的性能指标.为斜拉桥的有限延性抗震设计提供理论和试验基础.     

中央扣对三塔悬索桥地震反应的影响

针对三塔悬索泰州长江大桥这一特殊桥型,基于Abaqus台建立了该桥的空间动力有限元模型并进行非线性动力分析.研究了地震作用下,缆梁间刚性中央扣对三塔悬索桥塔梁位移、塔柱内力以及塔梁间弹性拉索的影响.研究结果表明:中央扣对三塔悬索桥动力特性有不可忽视的影响;由于中央扣增强了缆梁间相互作用,在地震作用下,中塔横向位移与加劲梁跨中竖向位移均有所增加,中塔柱纵桥向剪力有所减小;中央扣限制了加劲梁纵向位移并减小了加劲梁对中塔下横梁的作用,但边塔柱底扭矩有所增加.     

橡胶垫减震结构的动力反应

对多层框架橡胶垫减震结构在弹塑性范围内进行了地震反应的动力分析,详细介绍了进行动力分析的方法和结构的动力特性,计算了结构在地震波作用下各层的位移、加速度和剪力等地震反应·从与抗震结构动力反应比较可见,减震结构采用橡胶隔震垫后,改善了上部结构的动力特性,地震反应明显小于通常的抗震结构;此外,不同的场地对建筑物减震的效果有所不同,在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地下,减震结构同抗震结构相比有二度以上的减震效果;在弹塑性范围内对结构进行动力分析比只在弹性范围内分析,能够更准确地反映实际情况,从而提供较为准确的设计依据·