收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

地震作用下隔震高架桥梁的碰撞反应及控制

岳福青  
【摘要】: 桥梁作为城市重要交通基础设施之一,其抗震防灾问题日益受到学术界和工程界的高度重视。强震作用下桥梁易发生碰撞,导致主梁梁端开裂、伸缩缝挤压、支座失效等破坏现象,甚至引发落梁等严重灾害。然而,目前国内外对强震作用下桥梁碰撞的机理、模拟方法以及预防措施等尚缺乏深入的研究。本文以城市高架桥梁为对象,对强震作用下隔震高架桥梁的碰撞反应进行系统的理论分析与振动台试验,从而为城市高架桥梁的地震碰撞危险性分析以及防碰撞设计提供可靠的理论依据,具有重要的理论意义和工程价值。主要创新工作与成果有: (1)建立了桥梁碰撞分析的等效Kelvin碰撞模型及其参数确定方法。基于Hertz接触理论,考虑波动效应,推导了Kelvin碰撞模型的碰撞刚度和阻尼的解析表达式;仿真分析了Kelvin碰撞模型碰撞刚度和阻尼的变化规律,并确定了其在实际工程中的合理取值范围。结果表明,Kelvin碰撞模型的碰撞刚度随Hertz接触刚度、撞击速度及邻梁长度比的增大而增大,且波动效应对碰撞刚度的影响明显、不能忽略;Kelvin碰撞模型阻尼的恢复系数随撞击速度增大而减小,且随邻梁长度比的增大而增大。 (2)系统分析了强震作用下隔震高架桥梁的碰撞反应。基于所提出的等效Kelvin碰撞模型,考虑桥墩非线性和土-基础相互作用,建立了隔震简支梁桥和隔震连续梁桥的非线性有限元模型;生成了拟合规范反应谱、且考虑地震动空间差动效应的人工地震波;仿真分析了强地震动的一致激励及仅考虑行波效应、仅考虑部分相干效应或同时考虑行波效应与部分相干效应的非一致激励下隔震梁桥的非线性碰撞反应。结果表明:地震动空间差动效应对隔震梁桥碰撞反应的影响大,且对连续梁桥的影响更大;考虑地震动空间差动效应,碰撞过程中撞击力明显增大,且同时考虑行波效应和部分相干效应时撞击力的增幅最大;随着视波速的增大,其影响逐渐减弱。 (3)建立了隔震梁桥地震碰撞临界间隙的计算方法。考虑隔震支座恢复力的非线性特性,建立了周期不等的邻梁(联)碰撞分析的2个双自由度简化系统;基于随机振动理论,建立了系统的非线性运动方程及等效线性化方程,推导了碰撞临界间隙的计算表达式;仿真分析了隔震梁桥考虑地震动空间差动效应和土-基础相互作用的碰撞临界间隙。结果表明:碰撞临界间隙随邻梁(联)周期比、上、下部结构质量比及隔震支座屈服变形的增大而增大,但随隔震支座屈服力与上部结构重量的比值增大而减小,而隔震支座屈服后与屈服前的刚度比的影响很小;地震动空间差动效应对碰撞临界间隙的影响大,其中部分相干效应的影响更大,且部分相干效应越大,碰撞临界间隙越大;当地基土的剪切波速小于200m/s时,考虑土-基础相互作用对碰撞临界间隙有一定的影响。 (4)应用粘弹阻尼器对隔震梁桥地震碰撞反应实施了被动控制。基于随机振动理论,考虑隔震支座恢复力的非线性特性,建立了在邻梁(联)间或在主梁与桥墩间安装粘弹阻尼器的隔震桥梁碰撞分析方法;提出了防碰撞非线性粘滞阻尼器的参数设计方法;仿真分析了邻梁的周期比和质量比、阻尼器的性能参数以及场地特征频率等对隔震桥梁碰撞反应控制效果的影响。结果表明,在邻梁间安装粘滞阻尼器,能显著减小邻梁的相对位移,从而能有效抑制碰撞的发生;邻梁周期比越大,控制效果越好。 (5)应用磁流变(MR)阻尼器对隔震桥梁地震碰撞反应实施了半主动控制。建立了在邻梁(联)间或在主梁与桥墩间安装MR阻尼器的隔震桥梁碰撞分析的4自由度简化体系;应用模糊控制论,以邻梁相对位移的极小化为目标函数,建立了基于MR阻尼器的模糊控制器,并对其隶属函数、量化因子和比例因子进行了离线遗传优化和在线自调整;仿真分析了不同控制方案下多跨隔震连续梁桥碰撞反应的控制效果。结果表明,基于MR阻尼器的半主动控制,能有效控制邻梁的相对位移和隔震支座的横向变形,且在主梁与桥墩之间安装阻尼器的控制效果更佳;与传统模糊控制和仅遗传优化的模糊控制相比,经离线遗传优化且在线自调整的模糊控制的控制效果和鲁棒性更好。 (6)对隔震梁桥的碰撞反应进行了振动台试验。设计制作了一两跨隔震简支梁桥模型;通过振动台输入不同的地震波激励,测试了具有不同结构参数的模型梁桥的碰撞反应,以及应用MR阻尼器对模型梁桥邻梁相对位移的控制效果,并与计算结果进行了对比分析。结果表明,所建立的等效Kelvin碰撞模型能较准确地模拟强震作用下隔震梁桥的碰撞反应,包括邻梁间的撞击力和主梁的水平位移;邻梁间隙和周期比以及隔震支座特性等对隔震梁桥的碰撞反应的影响大,增大邻梁间隙或减小邻梁周期比,能显著地减小邻梁碰撞反应;在邻梁之间安装MR阻尼器,可显著地减小邻梁相对位移,且对墩顶位移影响不大。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李星;张欣心;林宁;;粘滞阻尼器在大跨度桁架结构减振中的应用[J];四川建筑;2009年04期
2 任森智;;多维地震动作用下框架结构的地震反应分析[J];工程抗震与加固改造;2010年02期
3 宋旭明;戴公连;曾庆元;;自锚式悬索桥的粘滞阻尼器减震控制[J];华南理工大学学报(自然科学版);2009年03期
4 李慧;刘迪;杜永峰;;添加耗能装置的大底板多塔楼基础隔震建筑抗震性能研究[J];甘肃科学学报;2010年03期
5 王立长;曲鑫蕃;董学智;李凡璘;;海岛上捆绑式结构设计分析[J];建筑结构;2010年11期
6 闫磊;阙巍;;框剪结构消能减震应用的实证分析[J];四川建筑科学研究;2007年06期
7 郭忠翰;徐晓明;;某加固工程结构位移控制方案及经济性初探[J];建筑结构;2010年S2期
8 郭安薪;李惠;欧进萍;杨蔚彪;;广畅国际大厦磁流变和粘滞阻尼器抗震分析[J];世界地震工程;2003年04期
9 王统宁;于泳波;马麟;刘健新;;地震作用下LRB隔震桥梁碰撞临界间隙分析[J];公路交通科技;2009年11期
10 牛健;王昊;;地震作用下粘弹性阻尼器对于桥梁碰撞控制分析研究[J];科技资讯;2010年17期
11 田石柱;王立伟;王大鹏;;基于ANSYS软件benchmark模型耗能减振控制分析[J];地震工程与工程振动;2006年06期
12 刘振宇;李乔;蒋劲松;蒋建军;;南宁大桥粘滞阻尼器参数分析[J];桥梁建设;2007年04期
13 姜增国;付涛;;斜拉桥减震控制研究[J];公路;2007年11期
14 刘鹏飞;刘伟庆;王曙光;杜东升;;基于位移的减震结构设计方法研究[J];世界地震工程;2009年01期
15 王奇;刘海卿;;应用SMA-粘滞阻尼器的框架结构减震效果数值模拟分析[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2009年S2期
16 叶锦华;张志强;;粘滞阻尼器在框架结构中的应用[J];建筑技术开发;2009年07期
17 刘延芳;叶爱君;王斌斌;;钢桁系杆拱桥阻尼器参数分析[J];中外公路;2010年03期
18 王艳武;李卫娟;;应用粘滞阻尼器的Benchmark高层结构地震反应分析[J];粉煤灰综合利用;2011年04期
19 方海;李升玉;王曙光;刘伟庆;;高烈度区连续梁桥的减震设计方法研究[J];地震工程与工程振动;2005年06期
20 王志强;葛继平;;粘滞阻尼器和Lock-up装置在连续梁桥抗震中应用[J];石家庄铁道学院学报;2006年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 闫瑞明;;锚杆挡土墙设计中的土压力问题[A];全国岩土与工程学术大会论文集(上册)[C];2003年
2 焦柯;陈润辉;廖旭钊;;某亚运会体育馆带粘滞阻尼器结构动力弹塑性分析[A];工程设计与计算机技术:第十五届全国工程设计计算机应用学术会议论文集[C];2010年
3 魏琏;王森;;建筑抗震设计的屈服判别法及其工程应用[A];首届全国建筑结构技术交流会论文集[C];2006年
4 陈文庆;;土质边坡稳定性评价中若干问题的研究[A];福建省第十届水利水电青年学术交流会论文集[C];2006年
5 沈春玲;程丰渊;任振业;;对《锅炉构架抗震设计标准》(JB5339.91)中个别条文的建议[A];第一届中国钢结构协会锅炉钢结构分会会议暨第一届锅炉钢结构学术研讨会论文集[C];2000年
6 范峰;支旭东;钱宏亮;严开涛;;廊坊市体育场罩棚钢结构设计[A];第七届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2007年
7 完海鹰;陈剑波;;抗弯钢框架的低周疲劳性研究[A];第四届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2004年
8 李锦华;李春祥;陈水生;;高架桥结构参数对基于MR阻尼器半主动控制的影响[A];第八届全国动力学与控制学术会议论文集[C];2008年
9 段红霞;李守巨;于贺;刘迎曦;;混凝土重力坝地震损伤数值模拟[A];中国运筹学会模糊信息与模糊工程分会第五届学术年会论文集[C];2010年
10 王文达;王军;;远场地震作用下钢管混凝土组合框架的地震反应分析[A];第20届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 岳福青;地震作用下隔震高架桥梁的碰撞反应及控制[D];天津大学;2007年
2 刘文静;LRB隔震桥梁的可靠性与等效线性化方法研究[D];华中科技大学;2010年
3 李忠军;高架桥梁地震碰撞分析及控制[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 刘广义;地震作用下电厂锅炉构架的振动控制研究[D];中国地震局工程力学研究所;2008年
5 杨风利;铁路桥梁减隔震设计方法及设计参数研究[D];北京交通大学;2007年
6 孟春光;复杂体型方钢管混凝土框架结构抗震性能和减震研究[D];同济大学;2006年
7 贺斌;地震作用下海洋环境码头桩—土动力相互作用分析[D];武汉大学;2004年
8 于芳;列车荷载及地震作用下隔震铁路桥梁的动力性能研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
9 周莉;城市桥梁地震碰撞分析及抗震性能评估[D];天津大学;2010年
10 葛金刚;强震作用下单层网壳结构倒塌机理及抗倒塌措施[D];天津大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 贾俊峰;连续桥梁三向隔震体系地震反应分析[D];哈尔滨工业大学;2006年
2 吕龙;桥梁地震碰撞模拟分析及防撞防落梁措施研究[D];西南交通大学;2011年
3 熊丽;平面不规则框架结构基于粘滞阻尼器的扭转减震控制[D];重庆大学;2011年
4 罗军峰;粘滞阻尼器在结构抗震中的应用与研究[D];西南交通大学;2011年
5 蒋梦;设置粘滞阻尼器的质量偏心结构减震效果分析[D];新疆大学;2012年
6 郭晶;粘滞阻尼器在铁路斜拉桥中的应用及减振性能研究[D];西南交通大学;2012年
7 刘金成;摩擦摆支座隔震梁桥地震碰撞反应分析及粘滞阻尼器防撞控制研究[D];北京交通大学;2012年
8 张霞;基于流体粘滞阻尼器的桥梁结构耗能减震分析[D];北京交通大学;2010年
9 姚宗涛;粘滞阻尼器在钢结构加层改造中的应用与抗震性能研究[D];青岛理工大学;2010年
10 李晓松;基于性能的非线性粘滞阻尼器消能减震结构设计与分析[D];兰州理工大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 毛屹峰(作者单位:安顺市建筑设计院);多层砌体房屋抗震设计要点[N];经济信息时报;2005年
2 本报记者 瞿剑;1平方公里重建城镇汇聚10余种防震新技术[N];科技日报;2011年
3 本报记者 胡凤娟;震灾,考验宝鸡楼盘质量[N];宝鸡日报;2008年
4 陈斌;谈现代结构抗震设计中的基本思想和方法[N];大众科技报;2008年
5 韩凤丽 作者单位:北京交通大学力学系;城市高架桥梁结构的减震研究[N];中国建材报;2006年
6 本报记者 陈果 实习生 王游婧 通讯员 朱学权;广州实施最大规模桥梁托换施工[N];广东建设报;2006年
7 本报记者 江宜航 孟歌;金寨路高架搭起市民与政府的连心路[N];中国经济时报;2008年
8 韦思源;多层砖混结构房屋的抗震设计探讨(上)[N];中华建筑报;2008年
9 李凌翌;恐“高”? 大可不必[N];成都日报;2008年
10 贾如军;专家何必急着为建筑质量“正名”[N];建筑时报;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978