附加预压弹簧自复位耗能支撑的斜拉桥抗震性能研究

发布时间：2020-05-06 09:38

【摘要】：大跨斜拉桥纵向一般采用漂浮体系或半漂浮体系,地震作用下主梁纵向位移较大,横桥向一般采用固定连接,地震作用下桥塔受力较大。针对此问题,本文提出采用一种新型减震装置——预压弹簧自复位耗能(Pre-pressed Disc Spring Self-centering Energy Dissipation,PS-SCED)支撑来对斜拉桥地震响应进行控制。建立了 PS-SCED支撑的简化分析模型,通过与试验进行对比验证了简化模型的有效性。研究了设有该支撑的斜拉桥纵向及横向的抗震性能,主要内容如下:(1)在ABAQUS中采用叠加原理建立了 PS-SCED支撑的简化分析模型,数值模拟了两组支撑试验工况,对比了两者耗能能力、承载力及割线刚度,结果表明,PS-SCED支撑简化模型数值模拟结果与试验结果吻合较好,最大承载力误差在16%以内,总耗能误差在8.1%以内,割线刚度误差在14%以内,验证建立的支撑简化模型的有效性。(2)对塔梁间采用弹性索、粘滞阻尼器及PS-SCED支撑的斜拉桥的纵向抗震性能进行了对比分析,研究了不同的塔梁连接方式对斜拉桥地震响应的影响,结果表明,在塔梁间采用弹性索装置可以减小主梁位移,但同时会增加桥塔塔底剪力和弯矩;在塔梁间设置PS-SCED支撑可以减小主梁位移及塔底弯矩,但塔底剪力相对增加;粘滞阻尼器对塔底剪力弯矩及梁端位移控制效果优于前两者,其能很好控制斜拉桥桥塔塔底弯矩、剪力及主梁位移。(3)对在梁端设置PS-SCED支撑的斜拉桥抗震性能进行研究。结果表明,在梁端设置PS-SCED支撑对斜拉桥主梁纵向位移控制效果小于在塔梁间设置支撑情况,但同样能够减小梁端位移,改善桥塔内力,控制塔身位移,基本消除了梁的残余位移,对主梁震后复位有较好的效果。(4)提出一种设置PS-SCED支撑的斜拉桥横向减震体系及支撑参数的设计方法,并对塔梁固结体系和采用支撑的减震体系进行地震时程分析,从关键位置的地震响应、耗能能力等方面对采用支撑的减震体系的抗震性能进行了研究。结果表明,采用PS-SCED支撑能够有效控制主梁横向位移,防止梁与桥塔发生碰撞;相比于原桥固结体系,附加PS-SCED支撑使墩处基底剪力最大减小41%,基底弯矩最大减小55%,塔处基底剪力减小约15%,基底弯矩最大减小17%。同时减小了塔身位移及应变,改善桥塔受力,对桥塔起到较好的保护作用;地震作用中支撑耗散了约40%的地震能量,减小了斜拉桥结构滞回耗能,且支撑有较好的复位效果,在桥塔位置处的主梁残余位移较固结体系和漂浮体系减小了 60%以上。
【图文】：

逡逑等［９＿１Ｇ］提出自复位耗能支撑由内管、外管、摩擦装置和预应力筋组成，如图１－１所逡逑示。内外管之间设置摩擦片，当内外管发生相对位移时，摩擦片摩擦耗能；预应逡逑力筋锚固在左右端板，且端板与内外管之间设置接触，，当内外管发生相对位移时，逦＿逡逑预应力筋受拉伸长，提供自复位能力。对支撑进行试验发现其滞回曲线呈稳定饱逡逑满的旗形，具有较好的自复位能力和耗能能力。之后对设置此支撑和设置普通防逡逑屈曲支撑框架结构抗震性能做了对比研究，认为此支撑能有效减小结构层间位移，逡逑基本消除了结构的残余位移。但由于预应力筋的弹性变形较小，支撑的容许变形逡逑受到限制。逡逑ｆ逦广邋ｒｕｃｔｉｏｎ逡逑ｙ逦一ｐ逡逑逦邋Ａ逦丨丨，逡逑ｓ

Ｍｉｌｌｅｒ等『１６］提出一种采用预拉ＳＭＡ杆供复位能力的自复位防屈曲支撑，逡逑该支撑由耗能内芯、三层钢管及ＳＭＡ杆组成，耗能内芯分别于中钢管和外钢管焊逡逑接在一起，ＳＭＡ杆锚固在端板上施加预应力，其构造如图１－３所示，通过试验研逡逑宄得出支撑具有良好的复位能力与耗能能力。逡逑，（６）邋ＳＭＡ邋Ｒｏｄｓ逦＞ｎｍｒ邋Ｔｕｂｅ邋（ＨＳＳ邋７ｘ７ｘ３／ｓ）逡逑Ｈ—ｗ＂逡逑６；ｎｅ逦＼逡逑（４）邋ＯｕｔＢＴ邋Ｔｕｂｅ邋（ＨＳＳ邋１６ｘ１６ｘ１／２｝邋＾逡逑ＳＯＢＲＢ邋－邋Ｅｘｐｔｏｄｅｄ邋ｖｉｅｗ逡逑图１－３自复位防屈曲支撑构造逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ邋ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｅｌｆ－ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ邋ｂｕｃｋｌｉｎｇ－ｒｅｓｔｒａｉｎｅｄ邋ｂｒａｃｅ逡逑Ｚｈｕ等［１７４８］提出一种采用ＳＭＡ丝作为复位构件和耗能构件的可重复使用的滞逡逑回阻尼支撑，如图１－４所示，ＳＭＡ丝设置在两个块体之间，通过改变ＳＭＡ丝的个逡逑数来调节支撑的复位和耗能能力，此后在此基础上增加了摩擦装置，将摩擦片布逡逑置在两个块体之间，此时ＳＭＡ主要提供复位能力，摩擦片提供耗能能力，对比分逡逑析了设置此支撑的框架结构和设置防屈曲支撑的框架结构的抗震性能
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.27;U442.55

【参考文献】

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本文编号：2651063