设置速度锁定型变曲率摩擦摆支座连续梁桥结构减震性能研究

发布时间：2020-03-26 19:09

【摘要】：速度锁定型变曲率摩擦摆式支座是一种具有应用前景的减隔震装置,其工作原理是通过在分离式变曲率摩擦摆支座上安装速度锁定器,控制支座在桥梁正常使用和不同水准地震作用下的工作方式。本文通过有限元分析和振动台模型试验,研究其对连续梁桥结构的减震性能,并应用于工程实际,主要工作如下:(1)选取了三种跨径的连续箱梁桥,不设置减隔震装置,建立其有限元计算模型,采用时程分析方法分析其在四种场地类型、7条地震波作用下的响应。(2)分别对3个桥梁有限元模型设置不同数量的速度锁定变曲率摩擦摆支座,分析其在不同场地条件、不同水准地震作用下的减震效果,结果表明,在E1地震作用下,设置该支座可减小单个桥墩承担的地震作用,地震作用消减率与结构自振周期有关;在E2地震作用下,设置该支座可减小单个桥墩承担的地震作用,同时还能很大程度减小主梁位移。(3)建立速度锁定变曲率摩擦摆支座实体模型,分析了其滞回性能;在横向地震水平作用与纵向地震作用下支座剪力销的剪断力设计值比值在1.1~1.8之间,剪力销剪断力设计值由横向地震作用决定;摩擦摆球摆直径越大,骨架曲线屈服后刚度和有效刚度越小。(4)完成了3×30m等截面连续梁桥振动台缩尺模型试验,试验结果表明,设置速度锁定变曲率摩擦摆支座时模型加速度响应小幅增大,位移响应减小,固定墩墩顶剪力显著减小;速度锁定变曲率摩擦摆支座能使各桥墩共同抵抗地震作用,进一步减小固定墩墩顶剪力。(5)将速度锁定型变曲率摩擦摆式支座应用于津汉高速公路汉蔡路至海滨高速高架段上跨中央大道桥梁G20~G23墩,分析了设置支座后桥梁结构的减震效果,并对其经济性进行评价。
【图文】：

桥梁结构,桥梁破坏

（c）唐山地震桥梁破坏（d） Loma Prieta 地震桥梁破坏图 1-1 地震下桥梁结构的破坏近年来地震造成桥梁破坏的形式主要有以下几种：（1）上部结构的破坏：地震作用下一般并不直接引起桥梁上部结构的破坏，此类破坏较为少见。（2）支撑连接件的破坏：当桥梁受到地震作用时，往往造成桥梁支撑连接部位的破坏，造成上部结构的脱落、滑移等破坏，此类破坏极为常见。（3）下部结构的破坏：在地震作用下，桥梁墩、台及基础由于受到水平地震作用产生破坏，此类破坏同样极为常见。国内外震害调查表明，桥梁结构震害主要表现为：（1）主梁坠落；（2）桥墩折断、开裂、钢筋屈服；（3）桥台滑移、下沉、开裂；（4）基础破坏；（5）支座脱落破坏；（6）挡块破坏。1.1.2 摩擦摆支座与速度锁定器的作用

示意图,支座,示意图,摩擦力

1.2.3 摩擦摆支座在桥梁减隔震中的应用1. 工作原理摩擦摆支座是由美国的 Zayas 教授于 1985 年首先提出。摩擦摆支座是一种利用曲面间摩擦力耗能的隔震装置，其工作原理是利用上部结构自重使得其摩擦力较小的圆弧面上滑动，通过滑动层间的摩擦力对地震进行耗能，从而减少向桥梁上部传递的地震能，具有保护上部结构的功能。因为摩擦摆支座可以依靠上部自重的分力克服摩擦面间的摩擦力，，本身能够自动复位。同时，由于摩擦摆支座的自振周期主要由自身的摩擦半径决定，不受上部结构的影响，所以其对地震激励的频率范围具有低敏感性。图 1-2 给出了经典摩擦摆支座的截面及运动示意，该系统的滑块中有一关节，它使滑块能够在沿滑道滑动时保持水平。滑道与滑块滑动面具有相同的曲率半径且涂有低摩擦材料，系统的周期和刚度可通过曲率半径来控制，阻尼则由动摩擦系数来控制。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U442.55

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