基于摩擦摆支座的城市高架桥隔震性能研究

发布时间：2020-09-01 21:23

　　随着经济社会的发展,城市交通拥堵情况日益加重,高架桥的大规模建设,在一定程度上缓解了城市交通的压力,城市高架桥已逐渐成为城市基础建设的关键性项目。为了保障高架桥在强震作用下的使用性能,研究摩擦摆隔震支座应用于城市高架桥的可行性与适用性是非常必要的。本文以郑州市某联高架连续梁桥为例,开展了摩擦摆支座对城市高架桥的隔震性能研究,基于Midas Civil软件建立了桥梁的有限元分析模型,采用非线性时程分析法开展了不同隔震方案下城市高架桥地震作用效应研究,得到了桥梁最优隔震方案的摩擦摆支座布置方式;同时研究摩擦摆支座的设计参数、墩高、跨度等因数以及双向地震作用对桥梁隔震性能的影响,主要研究结论如下:(1)摩擦摆支座可以延长城市高架桥梁在地震作用下主要参振模态的自振周期,降低桥墩的动力响应幅值;当摩擦摆支座与不同数量的盆式橡胶支座混用时,摩擦耗能能力不能完全发挥,隔震性能差异较大。(2)摩擦摆支座的隔震性能随着动摩擦系数的增加呈现先增大后减小的变化趋势,存在最优的动摩擦系数0.04,随着滑道半径增大,隔震性能先增大后基本趋于稳定。为了能够最有效地发挥摩擦摆支座的隔震耗能能力,滑道半径取3m时综合效益最高。(3)桥墩高度对摩擦摆支座的隔震性能有较大影响,当桥墩设计高度过大时,摩擦摆支座摩擦耗能的能力完全失效。桥梁跨度的增大时,桥梁自振周期和地震响应幅值基本保持稳定。(4)考虑双向地震作用时,桥墩与摩擦摆支座的地震响应幅值较单向地震偏高,若不考虑双向地震影响,摩擦摆支座的隔震性能将被高估。
【学位单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U442.55
【部分图文】：

城市汽车,保有量

全国机动车的保有量达 3.5 亿辆，仍然保持较快的增长速度。其中，超过 200万辆的有 24 个城市，超过 300 万辆的有 7 个城市。如图 1-5 所示，列举了截至 2018 年的汽车保有量超过 200 万辆的城市，表 1-1 列举了全国城市高架桥通车里程排名。由图1-5 和表 1-1 可发现，城市汽车保有量与高架桥的里程基本成正相关关系，以目前国内汽车的增长量可以预测，短期内城市交通压力将持续加大。采用城市高架桥梁可以有效疏散交通拥挤度，减少居民出行时间，还能提高货物的运输效率。因此，在现代化大城市中，修建城市高架桥已成为主流的基础建设，不仅能加快城市居民的生活节奏，对经济的快速发展也大有裨益。图1-5城市汽车保有量Figure 1-5 Urban car ownership表1-1全国高架桥通车里程排名Table 1-1 National elevated bridge opening rank排名名称里程/km 通车年份1 佛山一环高速公路 99.20 20132 上海外环高速公路 99 20133 北京五环路 98.58 20134 武汉三环线 91 20105 重庆内环快速公路 75 20026 上海中环线 7

示意图,产品结构,支座,耐磨板

以图 2-1 所示某公司销售的新型摩擦摆支座产品为例说明，其结构的示意图如图所示，摩擦摆支座在结构上一般由上支座板、不锈钢板、上耐磨板、金属球冠、下耐磨板橡胶密封环、下支座板、剪板组件及锚固组件等构件构成。其中，上耐磨板、下耐磨板为耗能装置，地震作用时通过球冠与耐磨板的摩擦耗散地震能量。剪板组件为限位装置正常情况下限制球冠的水平向位移，地震发生时，剪板组件的限位环剪断，球冠滑块可以自由滑动。锚棒及锚栓则是上部结构和下部结构的混凝土结构的连接构件，表 2-1 为FPQZ 摩擦摆支座的组成材料。

运动模型,支座,耐磨板

2 摩擦摆支座隔震体系动力分析理论下剪板组件中限位环已经剪断，忽略工作原理置在结构与基础之间或者上部结构与下的结合处，在建筑工程中也有部分应用。正常情况下，在上部结构竖向力的作，支座不会滑动。当地震发生时，水板和下耐磨板中间往复运动，通过球结构在地震时始终保持水平状态，其摆移与地震强度和耐磨板的摩擦系数有关

【参考文献】