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抗震减震仿真

高速铁路减隔震桥梁性能设计的等效能量方法

【发表时间:2018/6/13】 【阅读次数:417】

黄哲


近年来高速铁路在我国迅速发展,到2030年将扩展为八纵八横的区域性路网格局。为保证高速行车的平顺性,我国高速铁路多采用“以桥代路”的思想,桥梁在线路中占比高。同时,我国地震活动频繁,对跨区域性的高铁路网构成严重的潜在威胁。目前,减隔震技术已成为提高震区桥梁抗震能力的重要手段,而我国的桥梁减隔震技术发展较晚,在设计方法上有较大的发展空间。因此,本文以高速铁路减隔震桥梁为研究对象,将减隔震技术与基于性能的抗震设计思想相结合,提出了适用于高速铁路减隔震桥梁的性能设计方法,主要研究工作如下:

1、为进一步明确高速铁路桥墩的抗震性能,对已有的高铁桥墩试验数据及桥墩有限元模型进行了分析,得出高铁桥墩在设计地震作用下可能会发生屈服的结论。基于该结论,依据我国现行的高速铁路抗震设计规范的三水准设防目标,将高速铁路减隔震桥梁的性能目标进一步具体化。


  (a)  SOL-1                               (b)  SOL-2 

1  桥墩实验数据简化为弹塑性双折线模型


     

(a)  Loma Prieta波时程及桥墩墩顶位移响应


     

(b)  Landers波时程及桥墩墩顶位移响应

2  地震波时程及桥墩墩顶位移时程响应


2、基于能量平衡理念,在不更改桥墩原有以刚度控制为设计理念的前提下,通过对减隔震支座的参数设计,提出了一种无须进行迭代,可实现桥梁的预期性能目标的性能设计方法(Equvilant Energy based Design Procedure,EEDP)


3  桥墩-支座-梁体模型简化示意图


3、通过大量非线性时程分析计算,得到了用于表述非线性单自由度结构及其等效线性单自由度结构的地震输入能量关系的能量平衡系数,并给出了该系数的建议公式。采用EEDP方法和所得能量平衡系数采用单条设计地震动反应谱及多条设计地震动平均反应谱对32米简支梁桥进行设计,建立32米简支梁桥模型进行时程分析,通过对比时程响应与预期性能目标,验证了EEDP方法的准确性。


 (a)  模型1                                     (b)  模型2

图4  单条地震波校核——32m高铁简支梁桥设计模型与实际模型性能目标对比


5  多条地震波设计——32m高铁简支梁桥设计模型与实际模型性能目标对比


4、采用减隔震组合技术,在桥梁中加入旋转摩擦阻尼器以满足由EEDP进行减隔震设计的桥梁的实际地震需求。对旋转摩擦阻尼器的结构形式及工作原理、荷载-位移关系、耗能的稳定性进行了介绍。结合旋转摩擦阻尼器滞回曲线的特点,将其与弹簧结合能够得到弹塑性双折线模型,就这一组合在高速铁路桥梁中的应用形式进行了简要探讨。


6  旋转摩擦阻尼器+弹簧组合构造示意图


7  桥梁中旋转摩擦阻尼器与弹簧组合的安装位置

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