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.     

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.     

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.     

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.     

大跨度桥梁边墩横向减震体系的地震易损性分析

在大跨度桥梁中,边墩的竖向恒载与中墩相比往往较小,导致支座滑动摩擦力较小,因此,摩擦型耗能减震支座无法有效控制地震位移.针对以上问题,提出了滞回型钢阻尼器和滑动支座配合使用的桥梁边墩减震体系.然后,以一座大跨度钢桁架拱桥为例,建立了全桥有限元模型,以支座位移、墩底弯矩以及拱脚立柱的应力为工程需求参数,采用云图法建立概率地震需求模型,分析了该大跨度桥梁的边墩横向地震易损性.结果表明,采用滞回型钢阻尼器和滑动支座的桥梁边墩减震体系可有效降低桥梁上、下部结构各主要控制部位的横向地震易损性.     

大跨度斜拉桥纵桥向阻尼器减震措施研究

以某座大跨度斜拉桥为研究背景,采用非线性时程分析方法,对在主塔与主梁之间设置纵向阻尼器的减震措施进行研究,分析不同阻尼器参数对结构地震响应的影响规律,确定了一组较合适的阻尼器参数.研究结果表明:设置纵向阻尼器可有效减小大跨度斜拉桥的地震响应,阻尼器参数的选择需综合考虑结构主要构件的内力与位移地震响应变化规律,根据优化目标,进行参数优化分析,以达到理想的减震效果.     

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.     

纵向阻尼器对大跨度斜拉桥桥塔的抗震性能影响分析

为确定大跨度斜拉桥在阻尼器抗震约束体系作用下的减震性能,文章以某大跨度斜拉桥为研究对象,采用通用有限元软件SAP2000建立全桥有限元模型,采用非线性时程分析方法,研究主塔在有、无阻尼器的情况下内力变化情况。研究结果表明:该桥动力特性分析表明,第1阶周期为7.821 s,对应的振型为主梁纵漂+主塔纵向弯曲振动,远远大于结构的竖向、横向振动周期2.798、2.049 s,抗震需求明显;设置纵向阻尼器的方式能有效地减小主塔在地震荷载作用下的内力,达到内力重新分布的目的,尤其是对弯矩的减小最为明显,从而改善结构的受力性能。     

双薄壁墩刚构矮塔斜拉桥地震时程响应分析

为了研究双薄壁墩墩高和壁厚组合的厚高比对双薄壁墩矮塔刚构斜拉桥地震反应的影响,以甘肃天水国际陆港市政道路工程渭河五号桥（75+126+75）m连续刚构矮塔斜拉桥为研究对象,依托Midas Civil软件建立全桥空间有限元分析模型,利用非线性时程分析法,对五种不同工况组合的厚高比形式下的建模结构的地震响应进行对比。对比结果表明,墩高相比壁厚更能影响墩顶纵向弯矩,厚高比越大,对纵向弯矩的贡献值越小。各厚高比的塔身最高处索鞍横向剪力小于最低处索鞍横向剪力,工况厚高比越大,墩顶横向剪力越小。塔墩梁固结附近的横向剪力明显大于其他各关键位置的横向剪力。除主跨跨中位置处竖向外移需要注意外,梁端竖向位移突出,由于刚构斜拉桥的特殊性,在实际工程中应在此种结构的边墩处设置合适的减隔震装置或支座以减小地震响应影响。     

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.     

横梁屈服对斜拉桥横向地震反应的影响

未来地震的强度具有不确定性,在超设防地震下,斜拉桥的桥塔横桥向有可能进入非线性状态.基于某大跨度斜拉桥,文中建立了空间有限元模型,分析了强震下横桥向的地震反应,引入能力与需求之比来判断横梁是否进入屈服状态.同时,采用纤维梁单元模型模拟横梁的非弹性行为,重点研究了横梁屈服对斜拉桥横桥向整体抗震性能的影响.结果表明:斜拉桥横梁的能力与需求之比较小,将其按延性抗震设计比较合理;横梁的地震轴力变化较大,对横梁的屈服弯矩有较大的影响;横梁屈服后对斜拉桥的横向地震反应有较大的影响,可能会增大塔底弯矩,设计中需要考虑.     

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。     

漂浮体系斜拉桥简化单自由度模型

大跨斜拉桥减震耗能的一种典型应用是塔梁间设置纵向大型液体黏滞阻尼器,以减小地震作用下的主梁纵向位移以及改善主要构件地震力.以某大型斜拉桥为典型工程实例,首先定量分析一阶振型对于斜拉桥纵向位移(梁端位移、塔顶位移、塔梁相对位移)的贡献,然后基于一阶振型的广义质量和广义刚度发展梁端位移和塔梁相对位移的简化单自由度模型,以通过设置与不设置非线性液体黏滞阻尼器(NFVD)下全桥模型与单自由度模型分析的对比,验证单自由度模型的可行性;在此基础上,基于附加阻尼比ξsd的概念,评估大跨斜拉桥纵向设置大型NFVD对主梁纵向运动提供的附加阻尼比.     

基于有限元的边墩超高阻尼支座地震响应研究

为了研究超高阻尼橡胶支座对刚构矮塔斜拉桥边墩的地震响应,以实际在建工程项目甘肃天水国际陆港环城公路渭河五号桥（75+126+75）m为研究对象,基于有限元软件Midas Civil建立桥梁模型和支座、桩基拟合体系并进行非线性时程分析,对比非减隔震和减隔震桥梁的各向内力和位移。结果表明：以人工拟合地震波为基础波进行结构体系地震输入时,超高阻尼橡胶支座相比于非减隔震支座而言,支座所在的边墩处,其墩底位置各向内力、墩顶各向位移均大幅度减小,减隔震效果明显;中墩墩底位置处的纵向内力和位移数值减小明显,由于宽幅结构特点,横向弯矩、横向剪力、横向位移均变化不大,总体减隔震效果呈正向分布;设置有超高阻尼支座的桥塔塔底纵横向内力、塔顶纵横向位移数值下降较为显著,内力和位移的隔震率比较突出。     

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.     

减隔震装置在飘浮体系斜拉桥纵桥向的应用

以某双塔飘浮体系斜拉桥为工程背景,对比分析了拉索限位器和黏滞阻尼器两种减隔震装置在飘浮体系斜拉桥纵桥向的减震特点,并进一步探讨了拉索限位器和黏滞阻尼器联合使用方式对飘浮体系斜拉桥纵桥向地震响应的影响.结果表明:拉索限位器同黏滞阻尼器相比,可以更有效地控制结构位移,而黏滞阻尼器在内力控制上具有一定的优越性;联合使用方式有助于发挥各自的优势,达到拉索限位器控制梁端位移、黏滞阻尼器改善塔底受力的理想状况,是一种更为经济有效的减震措施,且在脉冲型地震动作用下同样具有良好的减震效果.     

大跨公轨合建斜拉桥主‒引桥地震相对位移响应与控制

基于巴拿马运河四桥研究了公轨合建斜拉桥在地震下的主-引桥相对位移响应与控制问题,分别建立了漂浮抗震设计方案、仅塔梁固结方案和固结方案有限元分析模型,分析了三种约束方案的相对位移响应。基于单自由度振子研究了相邻结构周期比和阻尼特性对结构相邻位移的影响。结合理论与参数分析,研究了主-引桥相对位移的控制方法。结果显示:主、引桥纵向首阶振型周期比、等效阻尼比之比以及阻尼机制对相邻结构的相对位移影响显著,其中周期比对相对位移的影响最为显著。不同粘滞阻尼器布置方案对主-引桥梁端相对位移的减震效果不同,直接在主、引桥梁-梁之间设置粘滞阻尼器有助于改善主桥与引桥梁端位移的同步性,控制效果最好;同时在主桥各墩位处和主、引桥梁-梁之间设置阻尼器的减震效果次之,但易于设计和安装,适应性好。     

塔梁墩固结斜拉桥结构受力分析

分析比较塔、梁、墩不同结合方式斜拉桥的特点．通过对福州三县洲闽江大桥斜拉桥空间有限元和光弹性试验研究,分析采用混凝土结构的塔、梁、墩固结体系斜拉桥的结构受力特性．     

单向纵坡斜拉桥阻尼器设置研究

以一预应力混凝土单向纵坡斜拉桥———南平闽江大桥为对象,在拟定采用液体粘滞阻尼器控制主梁纵向位移的前提下,通过建立的精细有限元模型,进行施工阶段、运营阶段和弹性地震响应分析,从而确定阻尼器主要参数指标.对阻尼器数量与设置位置进行了分析和优化,在综合考虑主梁纵向位移减小量、墩底内力增加量、经济成本和方便施工养护的前提下,给出最优的阻尼器布置方案.研究结果表明,在两主塔下横梁与主梁之间各布置2个阻尼器,可使主梁的纵向位移减小0.139 m,并使主墩墩底的弯矩和剪力大幅降低.施工实测数据结果证明了阻尼器良好的工作性.