双曲面球型减隔震支座的开发及应用

首先比较了现行的几种保证连续梁桥顺桥向抗震安全的减隔震措施，然后详细介绍了同济大学桥梁工程系新近开发的双曲面球型减隔震支座的抗震机理和构造特点，接着简要介绍、分析了对该支座进行的抗震性能试验的研究结果，最后通过对一个11跨连续梁桥算例的抗震分析，表明这种减隔震支座非常适用于连续梁桥的减隔震设计．     

双曲面球型减隔震支座的竖向位移分析

介绍了双曲面球型减隔震支座的构造特点和工作机理,表明其能够满足减隔震支座的三个基本要求,并具有结构简单、抗震性能稳定可靠的优点.分析了在地震作用下该支座产生竖向位移的原因和影响因素,并通过试验验证了理论分析的结果.通过对一个2跨连续梁桥算例的非线性时程反应分析,表明此竖向位移对梁体的响应不会有很严重的影响,该支座完全可以满足连续梁桥的减隔震要求.     

早期大跨径连续梁桥改造中的抗震方案比选

以位于强震区、建于20世纪70年代的一座大跨径连续梁桥改造工程为背景,分析比较了常规设计方案以及常用的减震和隔震技术方案的抗震可行性.结果表明:常规设计方案难以满足抗震要求;采用Lock-up装置的减震方案不适用于纵桥向自振基本周期较短的改建桥梁;在合理的参数设计下,粘滞阻尼器减震方案可在一定程度上降低下部结构的地震需求;固定-滑动型支座隔震方案可显著降低下部结构的地震需求,然而有上部结构无法复位的缺陷;摩擦摆式支座隔震方案既可显著降低下部结构的地震需求,又可有效控制上部结构的位移反应,是理想的抗震方案.     

早期大跨径连续梁桥改造中的抗震方案比选

以位于强震区、建于20世纪70年代的一座大跨径连续梁桥改造工程为背景,分析比较了常规设计方案以及常用的减震和隔震技术方案的抗震可行性.结果表明：常规设计方案难以满足抗震要求;采用Lock-up装置的减震方案不适用于纵桥向自振基本周期较短的改建桥梁;在合理的参数设计下,粘滞阻尼器减震方案可在一定程度上降低下部结构的地震需求;固定-滑动型支座隔震方案可显著降低下部结构的地震需求,然而有上部结构无法复位的缺陷;摩擦摆式支座隔震方案既可显著降低下部结构的地震需求,又可有效控制上部结构的位移反应,是理想的抗震方案.     

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.     

采用摩擦摆支座的超大跨连续梁桥隔震效果

为了研究超大跨连续梁桥采用摩擦摆支座的隔震效果,以某主跨为240 m的七跨钢-混凝土连续梁桥为工程背景,建立桩土相互作用动力分析模型,采用非线性连接单元模拟盆式滑动支座及摩擦摆支座的非线性受力性能.非线性地震响应分析结果表明:采用传统抗震体系时,超大跨连续梁桥的固定墩及其桩基础的内力需求非常大;采用摩擦摆支座的隔震体系可以减少固定墩及其桩基础内力约40%,并显著改善其他桥墩的地震力分配.摩擦摆支座对超大跨连续梁桥的减震机理主要体现为:延长结构自振周期、减小固定墩有效振动质量、改变地震力传递途径、增强附属装置耗能,从而显著地改善了超大跨连续梁桥的地震响应.     

新型弹塑性防落梁球型钢支座在桥梁抗震设计中的应用

钢管混凝土刚性系杆拱桥抗震设计中由于跨度大和简支特点对支座要求很高。以某下承式钢管混凝土刚性系杆拱桥为工程背景,探讨了弹塑性防落梁球型钢支座在该桥抗震设计时的减隔震效果。分析结果表明,以E1地震波作用下的固定支座受力情况为依据,选取的减隔震支座参数合理;安装该减隔震支座后,桥梁下部结构在罕遇地震波作用下关键截面剪力减小比例为22.88%～35.54%,弯矩减小比例为18.73%～32.14%,该支座减隔震效果良好。     

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。     

连续梁桥的减隔震设计

在对桥梁减隔震原理进行分析的基础上,依据连续梁桥在地震作用时受力的特点,对连续桥梁的固定支座进行了减隔震设计,将原来的固定支座改为相对固定.对该桥在地震荷载作用下的抗震性能分析表明,采取减隔震措施后,固定墩的受力情况得到明显改善,主梁的纵向位移以及梁、墩的相对位移虽有所增大,但即使在8°的地震荷载作用下,位移幅度仍在支座允许的位移范围内.     

基于IDA方法的连续梁桥地震易损性分析

连续梁桥因跨越能力强、行车舒适性好以及施工方法成熟等优点被广泛采用,因此,保障连续梁桥在地震作用下的安全性,研究连续梁桥抗震性能具有重要意义。使用Midas civil软件建立典型三跨连续梁桥模型,采用增量动力分析(incremental dynamic analysis, IDA)方法对桥梁结构进行地震易损性分析,得到桥梁结构构件地震易损性曲线,从而对桥梁结构抗震性能进行研究。研究结果表明：地震作用下,使用盆式固定支座的桥墩损伤概率始终大于使用活动支座的桥墩,盆式固定支座的破坏概率也大于活动支座;隔震桥墩损伤概率与墩高密切相关,墩高越高,墩顶位移越大,桥墩损伤概率也越大;与非隔震桥墩相比,隔震桥墩损伤概率明显降低,隔震效果明显;与非隔震活动支座相比,由于采用隔震支座后,桥梁结构刚度下降,隔震支座破坏概率反而更高;但相比于非隔震固定支座,隔震支座破坏概率改善明显,总体结果符合桥梁抗震设计思路。     

长联多跨连续梁桥非线性地震响应分析

连续梁桥以其结构刚度大、变形小、整体性能好等优点,在我国的城市和公路桥梁中分布极为广泛.橡胶支座隔震技术作为一种成熟的结构被动控制技术,已广泛应用于连续梁桥抗震设计中.长联多跨连续梁桥由于其跨数多、单联长度长,地震响应较一般连续梁桥明显,且其所需支座数量众多,选取抗震性能好且价格适中的橡胶支座是该桥型设计的重要工作之一.以漳河特大桥第二联为工程背景,采用普通板式橡胶支座代替原设计的HDR系列高阻尼隔震橡胶支座,利用有限元软件Midas/Civil开展了桥梁非线性地震时程分析.结果表明,桥梁墩高的变化会引起全桥刚度分布不均衡,造成地震惯性力在纵桥向分配不均,桥墩越矮所受地震惯性力越大;桥梁刚度对横桥向地震惯性力的分配影响不大;采用普通板式橡胶支座的长联多跨连续梁桥抗震性能可以满足规范要求.     

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.     

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。     

铅芯橡胶支座在敞开式桁架组合梁桥抗震中的应用研究

以某敞开式钢管-混凝土桁架组合梁桥为研究对象,采用大型有限元分析软件MIDAS/CIVIL建立全桥结构的有限元动力分析模型,为研究铅芯橡胶支座对桁架组合梁桥抗震性能的影响,采用时程分析的方法,对不同支座条件下桁架组合梁桥的地震响应及隔震率进行计算分析,得出结论,铅芯橡胶支座可以大幅降低敞开式桁架组合梁桥的地震响应,从而改善桥梁结构的抗震性能,因此其在地震高烈度区具有较高的工程实用价值,同时也为敞开式桁架组合梁桥的减隔震设计提供了参考。     

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.     

基于摩擦摆球型支座的多跨曲线连续梁桥抗震性能（英文）

为了探讨多跨曲线连续梁桥的抗震性能和减隔震方法,对基于摩擦摆球型支座的多跨曲线连续梁桥构建了有限元模型,并进行了动力特性和非线性时程分析.结果表明,桥梁模型的纵向刚度弱于横向刚度,且第1阶振型对桥墩纵向地震反应贡献较大,振型参与系数为29.8%,第6阶振型对桥墩横向地震反应贡献较大,振型参与系数为20%;在E1地震作用下,设置的摩擦摆球型支座能够使桥梁保持弹性工作状态,且支座变形和伸缩缝宽度满足要求;在E2地震作用下,部分桥墩的截面最大弯矩需求大于截面的抗弯承载能力,而进一步的桥墩强度验算发现,结果均满足抗震需求.     

滑动支座摩擦效应对连续梁桥地震响应影响

以1座跨度为(55+4×90+55)m的预应力混凝土变截面连续梁桥为研究对象,采用ANSYS软件建立桥梁动力分析模型.选取3条人工地震波作为地震动输入,基于动力非线性分析方法,考虑摩擦效应,分析盆式橡胶支座连续梁桥非固定墩的地震响应和支座的滞回性能,并与未考虑摩擦效应的地震响应进行比较.结果表明:非固定墩处的盆式橡胶支座在地震作用下形成了规则、饱满的滞回曲线,形状近似为矩形;相对未考虑盆式橡胶支座摩擦效应的模型,考虑支座滑动后,固定墩墩底顺桥向弯矩、剪力分别降低了25.91%、27.41%,固定墩墩顶顺桥向位移和非固定墩墩梁相对位移分别降低了26.15%、25.59%;对于多跨长联连续梁桥,滑动支座数量多且反力大,若不考虑滑动支座的摩擦耗能,桥梁结构地震响应结果偏大,抗震设计偏于保守.     

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。     

山区公路桥梁高性能板式减震橡胶支座振动台试验

为探究高性能板式减震橡胶支座对山区常见不等墩高中小跨径连续梁桥的隔震效果,对一座采用该类隔震支座隔震的、桥墩刚度不等的两跨连续梁桥简化模型进行了纵桥向振动台试验.采用多烈度多设防水准的人工波、Northridge地震波作为激励,分析各类地震下隔震模型的支座变形表现及结构关键位置响应的变化规律.试验结果表明该类支座的隔震效果可使主梁加速度相比台面减少达58%,且其翘曲滚动变形足以适应结构在9度E2地震作用下的墩梁相对位移,震后还可回复,无残余位移,可以用于此类山区公路桥的隔震.     

三跨连续隔震梁桥在地震作用下的碰撞分析

近场地震动具有高峰值地面加速度以及高峰值地面速度的特性,可显著的改变结构响应,使结构产生较大的内力和位移。对于隔震连续梁桥,在近场地震作用下由于伸缩缝相邻两跨梁之间或是梁与桥台之间运动的不协调导致发生碰撞,这种碰撞现象可能会造成梁体的严重破坏.而由于隔震支座的影响,会放大桥梁上部结构的位移,加重桥梁碰撞。本文即对碰撞现象对隔震连续梁桥结构产生的不利影响进行了研究。