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铁路摇摆隔震桥墩抗震性能试验研究

铁路摇摆隔震桥墩抗震性能试验研究

作者：徐培淞兰州交通大学

学位级别：硕士

近年来,基底隔震技术因其潜在的良好的隔震性能成为国内外的研究热点。本文基于拟静力试验方法研究了铁路桩基础摇摆隔震桥墩的抗震性能,并采用Pushover分析方法对摇摆隔震桥墩进行了抗震性能分析。主要研究工作包含以下几个方面:(1)回... 详细信息

近年来,基底隔震技术因其潜在的良好的隔震性能成为国内外的研究热点。本文基于拟静力试验方法研究了铁路桩基础摇摆隔震桥墩的抗震性能,并采用Pushover分析方法对摇摆隔震桥墩进行了抗震性能分析。主要研究工作包含以下几个方面:(1)回顾了国内外抗震设计理念的发展,阐述了摇摆隔震设计的优越性;对国内外学者采用理论计算、试验研究、数值模拟等方法在摇摆隔震领域的取得的研究成果进行了总结,介绍了若干个已经将摇摆隔震理念应用于工程实践中的桥梁。(2)设计了三种桩基础摇摆隔震桥墩试验模型,分别为无约束自由摇摆模型、墩底和承台两侧设置限位钢筋的模型、在墩顶和承台底中心设置预应力防倾覆钢筋的模型。制订了摇摆隔震桥墩的拟静力试验方案,制作了试验模型并确定了加载制度与数据采集等方案。(3)对模型进行了拟静力试验,描述并分析了试验中观察到的现象。通过对试验数据的分析,获得了试验模型的滞回曲线、骨架曲线、耗能曲线、强度和刚度特性等抗震性能参数,对参数进行了分析,并对三种模型的试验数据进行了对比,对其抗震性能进行了比较,获得了一些有益的结论。(4)通过有限元分析软件对三种试验模型进行了数值模拟,并采用静力弹塑性Pushover方法对模型进行了抗震性能分析,获得了模型的骨架曲线、摇摆-提离特性、限位钢筋和防倾覆钢筋的弹塑性变形特性等参数。对三种有限元模型的分析结果进行了对比,总结了各模型摇摆隔震性能的优、缺点。(5)将Pushover分析得出的骨架曲线与拟静力试验获得的骨架曲线进行了对比,验证了摇摆隔震桥墩数值计算模型的可靠性。

关键词：摇摆隔震拟静力试验 Pushover分析滞回曲线骨架曲线

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基于摇摆隔震的桩基础拟静力试验研究

基于摇摆隔震的桩基础拟静力试验研究

作者：张杰兰州交通大学

学位级别：硕士

桩基础摇摆隔震是近年来提出的一种新的桥墩抗震设计方法。本文通过拟静力模型试验和数值分析方法研究这种装置的隔震机理,重点研究桩基础在竖向力和水平力共同作用下桩身应力的分布与变化规律,找出桩身的破坏形式和特点,为此种结构的... 详细信息

桩基础摇摆隔震是近年来提出的一种新的桥墩抗震设计方法。本文通过拟静力模型试验和数值分析方法研究这种装置的隔震机理,重点研究桩基础在竖向力和水平力共同作用下桩身应力的分布与变化规律,找出桩身的破坏形式和特点,为此种结构的实际应用奠定基础。主要研究工作如下:(1)通过查阅国内外文献资料,从理论研究、试验方法及实际应用等方面总结基底隔震桥墩和桩土相互作用问题的研究现状。(2)以某客货共线铁路简支梁桥中的重力式桥墩为研究对象,制作3种缩尺比例为1:10的桩基础隔震桥墩模型。模型一为自由摇摆隔震桥墩;模型二为在墩底承台两侧设置限位抗拔钢筋的隔震桥墩;模型三为在墩身内设置预应力防倾覆钢筋的隔震桥墩。并对试验方案、模型制作、加载制度和测试内容等进行介绍。(3)通过拟静力试验,得到3种模型桥墩桩身内纵向主筋的应变值,分析每根桩在竖向及水平往复荷载作用下的桩内主筋应变的分布与变化规律;通过比较3种试验模型的荷载-位移滞回曲线,进一步分析摇摆隔震桥墩桩基础的受力特点及破坏机理。(4)应用规范中的M法对桩基的内力进行求解,分析基于摇摆隔震的桩基础的受力特性,并与试验结果进行对比。(5)应用有限元软件建立群桩基础的分析模型。采用土弹簧模拟土体的弹塑性,对3种模型的桩身应力和弯矩进行分析,并通过与模型试验数据的对比分析,验证有限元分析模型的合理性。

关键词：摇摆隔震桩基础拟静力试验桩身应力

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塔型结构摇摆隔震理论与试验研究

塔型结构摇摆隔震理论与试验研究

作者：陈征林佛山科学技术学院

学位级别：硕士

水平隔震技术作为一种成熟的隔震方法得到了深入研究和广泛应用。近年来,对于塔型设施的减震控制研究逐步受到学者的关注。本文针对塔型结构,提出了摇摆隔震理念,开展相关的理论和试验验证研究。具体研究工作和成果包括:(1)建立了摇摆... 详细信息

水平隔震技术作为一种成熟的隔震方法得到了深入研究和广泛应用。近年来,对于塔型设施的减震控制研究逐步受到学者的关注。本文针对塔型结构,提出了摇摆隔震理念,开展相关的理论和试验验证研究。具体研究工作和成果包括:(1)建立了摇摆隔震单自由度和悬臂梁模型。建立了摇摆隔震系统单自由度模型,推导了摇摆隔震系统参数计算公式并进行参数分析;基于伯努利-欧拉梁理论,推导摇摆隔震悬臂梁模型周期和振型的计算方法;采用隔震反应谱,对摇摆隔震模型参数进行分析;采用时程分析方法,计算了摇摆隔震系统单自由度模型的地震响应。(2)设计一种摇摆隔震装置。通过预压弹簧实现恢复能力,利用万向球铰实现摇摆隔震;设计制作摇摆隔震钢塔结构模型并进行了模态测试,验证了摇摆隔震装置的可行性和摇摆隔震悬臂梁模型的正确性。(3)进行了摇摆隔震结构模型振动台试验。对比测试了传统结构模型和摇摆隔震模型在不同地震波作用下的加速度响应、位移响应和应变。结果表明:摇摆隔震能很好地减小结构加速度响应和结构底部的应变,当地震动加速度幅值越大,隔震效果越好。(4)进行了摇摆隔震系统仿真分析。采用SAP2000有限元软件,建立了摇摆隔震系统模型,对振动台试验结果和有限元结果进行对比分析;进一步分析了摇摆隔震装置阻尼比对隔震系统的影响。(5)提出了基于性能的摇摆隔震设计目标和摇摆隔震结构简化设计方法。在国内外抗震设防标准研究的基础上,提出了摇摆隔震设防目标;通过反应谱法,提出摇摆隔震结构的简化设计方法,并进行了摇摆隔震设计的算例分析。

关键词：摇摆隔震反应谱地震响应隔震结构摇摆隔震装置

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基底摇摆隔震桥墩的地震反应研究

基底摇摆隔震桥墩的地震反应研究

作者：支浩迪兰州交通大学

学位级别：硕士

在罕遇地震下，基底摇摆隔震桥墩可在桥墩与基础的分离面处发生摆动，由摆动过滤部分地震能量，以达到在地震中不仅可以保护基础，同时又保护桥墩的目的。本文对基底摇摆隔震桥墩的地震反应进行研究，主要研究工作如下： (1)介绍了国内... 详细信息

在罕遇地震下，基底摇摆隔震桥墩可在桥墩与基础的分离面处发生摆动，由摆动过滤部分地震能量，以达到在地震中不仅可以保护基础，同时又保护桥墩的目的。本文对基底摇摆隔震桥墩的地震反应进行研究，主要研究工作如下： (1)介绍了国内外学者对基底隔震的研究成果，总结了减隔震控制类型及各自的特点。 (2)阐述了减隔震装置的基本原理，介绍了减隔震体系的优点，在强震来临时，通过隔震层降低了地震动对上部结构的影响，上部结构可以正常使用，确保建筑物在地震中的安全和震后无需修复，经济可行等特点。 (3)介绍了几种主要碰撞模型的优缺点，采用可以考虑碰撞过程中能量损失的Kelvin模型和Maxwell模型。建立了考虑碰撞效应的基底摇摆隔震桥墩的计算模型及运动方程。分析了模型中连接弹簧刚度以及阻尼系数的计算方法与取值范围。 (4)以新建铁路大理至瑞丽线漾濞1号特大桥为工程背景，采用midas-civil有限元软件建立了单墩分析模型，计算了结构自振特性。 (5)对考虑碰撞效应的基底摇摆隔震桥墩，进行了罕遇地震作用下的非线性时程反应分析，并分别与不考虑碰撞效应的两弹簧模型以及传统的高墩模型进行了比较。 (6)重点研究了Kelvin模型和Maxwell模型中弹簧刚度和阻尼系数的取值对摇摆隔震桥墩地震反应的影响，分析了两种模型在强震下地震反应的差异。在两弹簧模型的基础上，提出了考虑碰撞效应的基底摇摆隔震桥墩合理的减隔震分析模型。

关键词：空心高墩摇摆隔震碰撞效应地震反应

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新型摇摆隔震装置振动台试验研究

南华大学学报（自然科学版） 2022年第5期36卷 48-54,84页

作者：黄浩鸣陈征林魏陆顺佛山科学技术学院交通与土木建筑学院广东佛山528000

为解决塔型结构在地震作用下产生的变形问题,提出了一种新型摇摆隔震系统,该系统由竖向弹性支座和限位球铰组成。限位球铰安装在隔震层中,使结构在地震作用下产生摇摆运动。为验证该摇摆隔震系统的性能,运用摇摆隔震悬臂梁分析模型,对... 详细信息

为解决塔型结构在地震作用下产生的变形问题,提出了一种新型摇摆隔震系统,该系统由竖向弹性支座和限位球铰组成。限位球铰安装在隔震层中,使结构在地震作用下产生摇摆运动。为验证该摇摆隔震系统的性能,运用摇摆隔震悬臂梁分析模型,对一钢柱模型进行了振动台试验研究,探究装有摇摆隔震装置的塔形结构对比传统结构的隔震效果。试验结果表明,摇摆隔震结构在顶部位移小幅度放大的情况下,顶部加速度的隔震率达到33.5%,且结构底部的应变减少率高达85%。证明该摇摆隔震系统不仅能有效隔离水平地震力作用,还能够控制结构产生的倾覆弯矩,减小上部结构动力响应,同时大幅度减少结构底部的应变,从而保护结构本身和内部设施不被破坏,提高了结构的安全性。

关键词：塔型结构摇摆隔震振动台试验倾覆弯矩

Kelvin模型和Maxwell模型在基底摇摆隔震中的比较

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铁道建筑技术 2015年第9期 62-64 79,79页

作者：支浩迪中铁二院西北勘察设计有限责任公司甘肃兰州730000

在基底摇摆隔震桥墩中,提出可以考虑碰撞效应的Maxwell模型和Kelvin模型,建立考虑碰撞效应的基底摇摆隔震桥墩的运动方程,重点研究了模型中连接弹簧刚度以及阻尼系数的取值范围和计算方法,分析了两种模型在强震下地震反应的差异,提出了... 详细信息

在基底摇摆隔震桥墩中,提出可以考虑碰撞效应的Maxwell模型和Kelvin模型,建立考虑碰撞效应的基底摇摆隔震桥墩的运动方程,重点研究了模型中连接弹簧刚度以及阻尼系数的取值范围和计算方法,分析了两种模型在强震下地震反应的差异,提出了考虑碰撞效应的基底摇摆隔震桥墩合理的减隔震分析模型。分析结果表明,Kelvin模型优于Maxwell模型,在模拟碰撞效应的基底摇摆隔震桥墩中,建议采用Kelvin模型进行计算。

关键词：桥墩摇摆隔震碰撞效应时程分析

耗能防撞装置在桥墩基底摇摆隔震中的性能研究

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铁道建筑技术 2013年第12期 46-48,92页

作者：支浩迪兰州交通大学土木工程学院兰州730070

在桩基础桥墩基底摇摆隔震中,提出1种增加柔性耗能防撞装置设计方案。当罕遇地震发生时,桥墩在与基础分离处发生摇摆,与设计的防撞装置发生碰撞,延长了系统的撞击时间,使撞击力下降。利用多个钢绳柔性防撞圈同期作用的动态有限元方法,... 详细信息

在桩基础桥墩基底摇摆隔震中,提出1种增加柔性耗能防撞装置设计方案。当罕遇地震发生时,桥墩在与基础分离处发生摇摆,与设计的防撞装置发生碰撞,延长了系统的撞击时间,使撞击力下降。利用多个钢绳柔性防撞圈同期作用的动态有限元方法,建立适当模型,并对防护围刚度分3种情况进行讨论。发现在撞击防撞装置的过程中,前期为部分防撞圈发挥作用,后期为全部防撞圈发挥作用,并且"同期作用历时"越短越好。分析结果表明,降低防撞构件的初始刚度,可延迟最大撞击时间,同时可减小最大的撞击压力。

关键词：桥墩摇摆隔震耗能防撞装置动态有限元分析

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扩大基础摇摆隔震桥墩抗震性能研究

铁道建筑技术 2016年第5期 49-51,56页

作者：陈泽宇中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063

基础减隔震是通过设置减隔震装置,来降低地震能量对上部结构的输入,增大结构的阻尼,延长结构的基本周期,大大降低结构的加速度反应,从而使结构不发生倒塌和破坏。基底摇摆隔震桥墩在罕遇地震下可以使基底与桥墩发生分离,通过摇摆消耗部... 详细信息

基础减隔震是通过设置减隔震装置,来降低地震能量对上部结构的输入,增大结构的阻尼,延长结构的基本周期,大大降低结构的加速度反应,从而使结构不发生倒塌和破坏。基底摇摆隔震桥墩在罕遇地震下可以使基底与桥墩发生分离,通过摇摆消耗部分地震力,减小地震能量的输入。且摇摆没有特定频率,不会与特定频率发生共振。本文结合国家"一带一路"建设的吉布提铁路工程扩大基础桥梁实例,对比摇摆隔震设计与常规设计下桥墩的地震反应;采用数值方法分析桥墩墩顶位移、墩底弯矩随墩高、提离弹簧刚度变化的规律,以期为抗震设计提供参考。

关键词：摇摆隔震扩大基础地震反应墩顶位移墩底弯矩

耗能防撞装置在桥墩基底摇摆隔震中的性能研究

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路基工程 2014年第1期 117-120页

作者：支浩迪兰州交通大学土木工程学院兰州730070

在桩基桥墩基底摇摆隔震中,提出一种增加柔性耗能防撞装置设计方案。当罕遇地震发生时,桥墩在与基础分离处发生摇摆,与设计的防撞装置发生碰撞,延长了系统的撞击时间,使撞击力下降。利用多个钢绳柔性防撞圈同期作用的动态有限元方法建... 详细信息

在桩基桥墩基底摇摆隔震中,提出一种增加柔性耗能防撞装置设计方案。当罕遇地震发生时,桥墩在与基础分离处发生摇摆,与设计的防撞装置发生碰撞,延长了系统的撞击时间,使撞击力下降。利用多个钢绳柔性防撞圈同期作用的动态有限元方法建立模型,对防护围刚度分三种情况进行讨论,发现在撞击防撞装置的过程中,前期为部分防撞圈发挥作用,后期为全部防撞圈发挥作用,且"同期作用历时"越短越好。分析结果表明,降低防撞构件的初始刚度,可延迟最大撞击时间,同时可减小最大的撞击压力。

关键词：桥墩基底摇摆隔震耗能防撞装置同期作用历时动态有限元分析