大跨度斜拉桥阻尼约束体系减震优化研究

目的研究在辅助墩和桥塔沿纵桥向布置液体黏滞阻尼器的墩、塔阻尼体系对大跨斜拉桥地震响应的影响,优化同类型大跨斜拉桥的减震体系.方法选取西固黄河大桥主桥为研究对象,基于非线性时程分析法对比4种约束体系下大跨度斜拉桥地震响应的特点,并通过参数分析确定了较为合理的黏滞阻尼器参数.结果辅助墩处的液体黏滞阻尼器分担部分桥塔阻尼器的阻尼力,使总阻尼力减小17.8%,桥塔阻尼器控制结构响应与辅助墩阻尼器控制结构响应基本不耦合;辅助墩与桥塔处液体黏滞阻尼器减震耗能明显,可以避免墩顶支座在纵桥向发生剪切破坏;综合考虑结构的内力和位移响应,西固黄河大桥合理阻尼器参数为:桥塔阻尼系数取12 000k N/(m·s-1)0.4,辅助墩阻尼系数取8 000 k N/(m·s-1)0.4.结论墩、塔阻尼体系可以有效控制大跨斜拉桥的地震响应,相比单独在桥塔处布置液体黏滞阻尼器,墩、塔阻尼体系改善了桥塔和过渡墩的内力.     

客运专线大跨斜拉桥减震方案优化分析

以铁路客运专线大跨斜拉桥实际工程为研究背景,探讨了斜拉桥在纵、横向不同的抗震体系下结构的地震反应特点.通过大量的非线性时程反应分析,对黏滞液体阻尼器的布设位置及力学参数进行了优化分析.结果表明,沿纵桥向在塔梁间设置黏滞液体阻尼器,并合理选择阻尼器的力学参数,可显著降低主塔纵桥向的结构内力、塔顶位移以及塔梁间相对运动位移;沿纵桥向在塔梁间及辅助墩顶同时设置阻尼器则不仅可降低辅助墩及主塔的结构内力,还可有效提高塔顶位移及塔梁间相对运动位移的减震效果;沿横桥向仅在过渡墩、辅助墩顶设置阻尼器可显著降低过渡墩及辅助墩的墩身及其桩基础的横向地震反应.     

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.     

苏通大桥主桥结构体系研究

苏通大桥主跨1 088 m,是目前世界上最大跨径的斜拉桥。大桥桥位处建设条件复杂,抗震和抗风要求高,选择合理的桥梁结构体系是保证结构安全和功能的关键。介绍了苏通大桥结构体系的比选过程,比较了全飘浮、黏滞阻尼器、液压缓冲器和塔梁固接4种体系,重点分析对比了不同参数下黏滞阻尼器和液压缓冲器的结构响应,首次提出了用于桥梁的带有附加限位功能的特大型液体黏滞阻尼器,对阻尼器的设计参数进行了分析研究,并在苏通大桥上实现了这一新型装置。     

行波输入下大跨度三塔悬索桥减震控制

为研究考虑行波效应的大跨度三塔悬索桥减震控制,以泰州大桥为工程背景,建立了该三塔悬索桥的有限元模型,探究了不同视波速下弹性索和黏滞阻尼器对三塔悬索桥减震效果的影响.研究结果表明:弹性索可有效控制中塔处塔梁相对位移,但边塔处塔梁相对位移可能不降反增,增幅甚至达到95.8%,若采用弹性索作为减震措施,建议只在三塔悬索桥的中塔处进行设置.在任意视波速条件下,黏滞阻尼器对各主塔塔梁相对位移均具有较好的控制效果.采用弹性索会使中塔塔底剪力呈倍数增加,而采用黏滞阻尼器时中塔塔底剪力的增幅不超过50%.因此,黏滞阻尼器比弹性索更适用于大跨度三塔悬索桥的减震控制.     

自锚式悬索桥减震控制的试验研究

为研究独塔自锚式悬索桥在纵向设置黏滞阻尼器后的结构地震响应和减震效果,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黏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黏滞阻尼器后,模型桥的纵飘频率变化很小,阻尼比变大,说明黏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。     

一种新型简易抗震装置及其在结构减震中的应用

总结了用于结构减震的多种安装形式的黏滞阻尼器;不同形式黏滞阻尼器通过放大两端相对位移达到减震的效果。在此基础上提出一种新的简易抗震装置,经过分析得到了该装置的位移放大系数,并通过时程分析和数值计算。结果表明其具有较好的减震效果。     

车致桥梁振动与黏滞阻尼器参数

目前国内外已通车运营的大跨度悬索桥,在车辆荷载作用下普遍存在因主梁纵向累计位移过大而引起的伸缩缝和支座提前破坏现象。针对该问题,通过在主梁纵桥向设置黏滞阻尼器,并采用非线性时程分析方法对结构进行动力响应分析,研究了阻尼器对车辆荷载引起的纵向振动响应的控制效果及阻尼器参数变化对控制效果的影响规律。结果表明：设置恰当参数的黏滞阻尼器,可以有效抑制悬索桥在车辆荷载作用下的振动响应;主梁梁端最大位移、梁端累计位移和1/4跨处的竖向最大位移随阻尼器参数变化的规律具有一致性。最后,对大跨度悬索桥黏滞阻尼器参数的选用问题进行总结,建议先以车辆荷载作用下的主梁纵向振动位移和阻尼器工作功率为优化目标,再根据地震响应的控制效果确定最优参数。这样既能保证黏滞阻尼器具有足够的安全储备,又能同时实现对地震及车辆荷载的控制。     

大跨双层斜拉桥地震响应控制

以目前跨度最大的双层公路斜拉桥——闵浦大桥为例,基于Abaqus平台建立非线性动力分析模型,研究了非线性粘滞阻尼器、弹性/非弹性连接对该桥地震响应的减震控制效果.多组非线性时程分析研究表明:塔梁间的非线性粘滞阻尼器增大了下塔柱纵桥向弯矩和剪力,对上塔柱影响较小;阻尼指数一定的情况下,塔底纵桥向剪力和弯矩随阻尼系数的增加而增大.由于大跨斜拉桥的振动模态具有密集、低周期的特点,因而其地震响应受地震输入的影响较大;塔梁间增加弹性/非弹性连接会影响桥梁的纵漂振型,进而影响结构的地震响应,因此塔梁间增加弹性/非弹性连接的减震效果取决于输入地震特性以及塔梁间增加弹性/非弹性连接后的动力特性.文中提出采用非弹性连接参数的联合分布以分析其对地震响应的影响,非弹性的初始刚度和屈服位移联合作用对主梁地震响应的影响较为复杂,文中研究表明,其屈服位移对桥梁地震响应的影响较为明显.     

中小跨度悬索桥非线性液体黏滞阻尼器反应谱迭代方法

通过中小跨度悬索桥的模态分析、地震激励分析以及相应的频谱分析,证明了纵飘振型为中小跨度悬索桥梁端纵向位移的单一控制振型.中小跨度悬索桥梁端纵向位移具有单自由度体系特征,故可根据纵飘振型建立中小跨度悬索桥梁端纵向位移单自由度模型,应用非线性液体黏滞阻尼器单自由度反应谱迭代方法,实现非线性液体黏滞阻尼器参数的选取和中小跨度悬索桥梁端纵向最大位移的估算.     

自锚式悬索桥粘滞阻尼器减震控制分析

文章以长沙三汊矶湘江大桥为工程背景,基于桥梁地震动方程,建立空间非线性有限元模型,研究粘滞阻尼器参数变化、安装位置对自锚式悬索桥减震效果的影响。计算结果表明：地震作用下主梁和塔顶纵向位移值以及塔底顺桥向弯矩量值均较大,对自锚式悬索桥的设计起控制作用,选择合理的阻尼器参数能够对结构的位移及内力进行有效控制。阻尼器的安装位置对减震效果影响很大,设计过程中应充分考虑不同控制截面内力及位移的变化情况,对阻尼器进行合理设置。     

漂浮体系斜拉桥黏滞阻尼器参数的简化计算

根据漂浮体系斜拉桥的动力响应特点以及近断层速度脉冲型地震动特性,基于结构动力学基本理论,提出了考虑附加黏滞阻尼器的漂浮体系斜拉桥三质点简化动力模型.利用等效阻尼比概念以及能量消耗等效原理,推导得到了速度脉冲型地震动作用下漂浮体系斜拉桥线性及非线性黏滞阻尼器阻尼系数的简化计算公式.最后,通过一座漂浮体系斜拉桥实例,验证了相关公式的正确性.     

大跨连续梁桥纵向减震机理和减震效果分析

基于一座实际大跨度连续梁桥,分析比较了采用动力锁定装置、黏滞阻尼器和双曲面减隔震支座的减震机理和减震效果,讨论了这些减震装置的适用范围.结果表明:动力锁定装置不耗散地震能量,在活动墩处设置该装置,可以合理分配梁体的地震惯性力,但同时结构周期减小,可能增加梁体总的惯性力;黏滞阻尼器不改变结构的周期、振型等动力特性,主要通过阻尼力消耗地震能量,减小结构动力反应;采用双曲面减隔震支座后结构的周期延长,阻尼耗能能力增加,相对于基准模型,显著减小了固定墩的内力,但同时增加了活动墩墩梁相对位移.     

拉索限位装置对跨断层桥梁地震响应的影响

以一座三跨连续梁桥为工程背景,选择典型的近断层脉冲地震动,应用非一致激励的非线性时程分析方法,对考虑滑冲效应的跨断层桥梁地震响应进行计算,研究不同断层位置的情况下拉索限位器对跨断层桥梁地震响应的影响,并对拉索限位器的自由程和限位刚度进行参数分析。结果表明:应用拉索限位器可以有效地减小跨断层桥梁的位移响应,同时桥墩的受力会有所增加;跨断层桥梁的地震响应对限位器自由程的变化更加敏感。     

多塔斜拉桥纵向约束体系研究

为确定多塔斜拉桥纵向合理的抗震约束体系,以我国某六塔斜拉桥为研究对象,分析研究了塔梁纵向四种不同固结约束下的结构动力特性和线性地震反应.计算结果表明,对于多塔斜拉桥,仅从调整塔梁纵向固结约束位置的角度出发,部分塔梁固结体系不是理想的抗震体系;塔梁纵向全固结体系和全漂浮体系都有助于减小结构地震反应在各塔的分配差异,但将纵向全漂浮的多塔斜拉桥应用于软土地基时,需关注边塔的抗震设计和结构的纵向位移.     

非一致地震激励下飘浮体系斜拉桥易损性分析

利用Open Sees软件对一座主跨为420 m的斜拉桥建立有限元模型,分别进行了仅考虑失相干效应、考虑失相干效应和行波效应、考虑失相干效应和场地效应以及综合考虑失相干效应、行波效应和场地效应等4种非一致激励情况下的易损性分析.结合联合概率地震需求模型(TPSDM)和蒙特卡罗抽样获得了基于构件的体系易损性曲线.考虑地震动空间效应的飘浮体系斜拉桥损伤概率明显高于一致激励且失相干效应和场地效应的影响较为显著.失相干效应越明显,斜拉桥体系遭受地震损伤的概率越大.场地效应的影响较为复杂,总体上表现为相邻场地类型差异越大,沿地震波传播方向场地类型由软变硬时,体系损伤概率增加.行波效应对飘浮体系斜拉桥地震损伤的影响较小,易损性分析时忽略行波效应的影响不会造成较大的误差.因此,对飘浮体系斜拉桥进行非一致激励下的地震易损性分析应考虑失相干效应和场地效应的影响,目前广泛采用的一致激励下的易损性分析高估了体系的抗震性能.     

附加阻尼器对超大跨度斜拉桥的减震效果

基于流体粘滞阻尼器自身的力学特性，分析了附加流体粘滞阻尼器对超大跨度斜拉桥的减震效果，着重分析了阻尼器参数、输入地震动特性（加速度峰值和频谱特性）对减震效果的影响．结果表明，流体粘滞阻尼器能显著地减小梁端纵向位移，减震效果取决于阻尼器参数，并对地震动特性很敏感．     

采用拉索减震支座的斜拉桥地震易损性分析

利用易损性方法对斜拉桥设置拉索减震支座与否进行了细致的研究,并得到了塔底弯矩和墩梁位移的易损性曲线.通过基于概率的分析研究表明,拉索减震支座能够有效地限制墩梁的相对位移,同时还能够适当地减小塔底的弯矩.对斜拉桥安装拉索减震支座的减震机理进行探讨表明,依靠摩擦增加阻尼以及通过拉索改变地震力的传力路径是减小斜拉桥地震响应的主要方式.     

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。     

大跨度斜拉桥的抗震概念设计

基于斜拉桥的基本动态性能的分析 ,结合地震位移反应谱和加速度反应谱 ,并利用飘浮体系简化分析模型 ,从结构体系的设计中 ,提出了斜拉桥的抗震概念设计方法 .考虑通过改善桥塔结构形式 ,有效地控制桥塔和桥墩承担的地震力和上部结构的地震位移 .并通过对某桥梁工程进行抗震分析 ,提出了立体桥塔的抗震设计方案 ,并验证了改进方案可以在很大程度上提高超大跨度斜拉桥的抗震性能