高阻尼减、隔震桥梁地震反应计算方法研究

发布时间：2020-11-19 17:26

　　 在中西部地区高速铁路大发展的时代背景下,相关的高速铁路建设技术也面临新的挑战。目前,以重力式桥墩为主体的高速铁路桥梁正面临难以克服的抗震设计难题,引入减、隔震技术是一种必然的选择。本文以宝兰客运专线(天水段)社棠河大跨连续梁桥为工程背景,对大跨度铁路减、隔震桥梁的地震反应计算方法进行深入研究,探索更加合理准确的等效阻尼比计算方法,主要的研究工作和成果如下:(1)系统阐述了桥梁结构中减、隔震技术的国内外研究现状及进展,总结了桥梁结构中不同减、隔震技术所取得的研究成果,并提出减、隔震技术目前存在的问题及未来发展趋势。同时,对结构等效阻尼比计算方法及高阻尼反应谱的国内外研究现状进行综述。(2)基于工程场地附近的54条实测强震记录,计算高阻尼反应谱,并对不同阻尼比的高阻尼加速度谱、速度谱及位移谱进行分析。分析结果表明:随着阻尼比增加,三种反应谱的谱值均随之降低;与5%阻尼比的反应谱相比,高阻尼反应谱更为平滑,且谱形也发生一定变化。对于加速度谱,不同阻尼比对应的特征周期Tg不同,且随着阻尼比增加,特征周期Tg随之增大。水平向与竖向反应谱具有较一致的变化规律。(3)针对国内外已有的等效阻尼比计算方法,介绍不同方法的计算原理,总结与对比各计算方法的优缺点及适用条件,并推导出双曲面球型隔震支座与粘滞阻尼器配合使用时,单自由度系等效阻尼比的计算公式。(4)建立减、隔震桥梁的有限元模型,采用动力时程分析方法计算结构的弹塑性地震响应,运用减震系数法计算减、隔震桥梁的等效阻尼比,进而采用高阻尼反应谱计算其等效线性响应,并与高精度的动力时程分析方法进行对比验证。分析结果表明:采用高阻尼反应谱进行地震反应分析时,所计算的墩梁相对位移响应误差小于墩底内力响应误差,与非线性时程分析结果更为接近。在罕遇地震作用下,双曲面球型隔震支座的抗剪螺栓剪断,全桥支座放开,配合液体粘滞阻尼器一起工作,将地震荷载均匀分配至各墩,大幅度减小制动墩的内力响应而增加相邻墩的内力响应。在计算墩底内力响应时,高阻尼反应谱法忽略了双曲面球型隔震支座配合粘滞阻尼器的相互作用对墩底内力响应的影响,明显低估了相邻墩的内力响应。(5)通过比较动力时程分析法与反应谱法的差异,研究不同动力响应减震系数法的适用性。结果表明:采用弯矩法与规范法计算的结构等效阻尼比与减、隔震桥梁的结构等效阻尼比较为接近,所计算的墩底内力响应综合误差约为20%,墩梁相对位移响应综合误差为6%。而剪力法低估了减、隔震桥梁结构等效阻尼比,计算结果相对保守,建议采用弯矩法或规范法计算减、隔震桥梁结构的等效阻尼比。动力响应减震系数法概念清晰,计算便捷,便于实际工程应用,但在计算墩底内力响应时误差相对较大,可作为减、隔震桥梁结构等效阻尼比的初步估算方法。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U442.55
【部分图文】：

图 1.4 隔震结构体系分类1.叠层橡胶隔震装置叠层橡胶隔震装置是由多层橡胶和多层钢板交替叠合硫化而成，竖向刚度大，能满足较高的竖向承载力，而水平刚度较小，通过橡胶与钢板的剪切变形来实现隔震耗能能力。目前，叠层橡胶隔震支座可分为天然橡胶支座、高阻尼橡胶隔震支座(HDR)和铅芯

图 1.5 变曲率摩擦摆式隔震支座擦摆式支座仅针对一定的地震激励和桥型才有摩擦摆隔震支座（VFPB），如图1.7所示。该支率半径，超出时变成一固定斜率的斜面，隔震周层及长周期地震，VFPB可以通过外盘的高摩擦系位移量，并推导出该隔震支座的力学模型。

兰州交通大学工程硕士学位论文- 7 -图1.6 三重摩擦摆式隔震支座 图1.7 抗隆起摩擦摆式隔震支座由于在竖向地震动作用下，摩擦摆式支座受到拉伸甚至脱空，其隔震效果有所降低。为了使摩擦摆式支座具有抵抗拉伸的能力，Roussis和Constantinous[29]研发了抗隆起摩擦摆隔震支座（XY-FP），如图1.7所示。XY-FP由两个正交单向摩擦摆支座组成，可在两主方向上沿独立轨道滑动。研究表明，在多维地震动作用下，XY-FP具有较好的隔震效果。目前，摩擦摆式隔震装置存在以下问题：1）摩擦摆式支座设计参数的优化问题。目前根据使用功能的不同，开发出各种不同类型的摩擦摆式隔震装置。为适应不同桥型、桥长、墩高以及运营要求
【参考文献】

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本文编号：2890258