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抗震减震仿真

高速铁路简支梁桥中应用旋转摩擦阻尼器抗震混合试验研究

【发表时间:2018/6/13】 【阅读次数:566】

曾晨


我国高速铁路具有桥梁占比高的特点,为高速列车平稳运行提供保障。在铁路桥梁中普遍采用盆式橡胶支座作为连接桥梁上部结构和下部结构的重要部件,在地震作用下支座所受水平力超过其临界摩擦力时,支座发生滑动,过大的支座滑动位移将引起支座破坏,进而导致上部结构的破坏。为限制支座在地震作用下的滑动位移,在桥梁活动支座处设置旋转摩擦阻尼器,为支座提供足够的初始刚度和屈服强度,在地震作用下旋转摩擦阻尼器控制活动支座的滑动位移,并且起到摩擦耗能的作用,减小主体结构的地震响应。

模型建立

混合实验数值模型为一座高速铁路简支梁梁。桥梁有3跨,箱型梁长32.6m,计算跨度31.5米,如图1所示。该高铁桥跨越河道,有两个不同墩高桥墩,分别为8m和16m。为了能够准确地模拟桥墩,并且提高模型计算速度,减少计算资源,采用以实验数据为基础、根据试验数据[1]拟合推导桥墩模型的方法。该桥梁的支座采用PZ-5000型盆式橡胶支座,由于建立的桥梁结构为二维模型,仅考虑纵向固定支座、纵向活动支座,活动支座的剪切力-位移关系为理想弹塑性模型。


1  高铁简支梁桥示意图


混合实验试验模型为旋转摩擦阻尼器。旋转摩擦阻尼器基本组成如图2所示, 旋转摩擦阻尼器主要包含有钢板、碟形摩擦垫片、高强螺栓、钢垫圈,通过旋转板中的摩擦行为进行耗散能量的被动型阻尼器。


    

2  旋转摩擦阻尼器组成及测试试件

测试结果分析

对旋转摩擦阻尼器试件进行测试,输入幅值不断增大的往复位移命令,得到了试件的力-位移曲线,如图3所示,与理论推导的力-位移曲线对比,发现除了在曲线对角位置有偏差,基本吻合,所以理论推导得到的旋转摩擦阻尼器模型能够反映实际试件的力学行为。由于试件制作时的公差,旋转摩擦阻尼器各部件之间并非紧密连接,导致反向加载时,出现了位移突变的现象。


3  旋转摩擦阻尼器滞回曲线

此次混合试验中选取阻尼器反力的放大倍数为30,选取的地震动为Northridge波,峰值加速度为0.38g。此次测试仅在2#墩的活动支座处设置了旋转摩擦阻尼器。


      a)2#墩顶位移                      (b)2#墩顶活动支座位移

4  2#墩墩顶以及活动支座响应曲线


阻尼器的设置对于桥墩墩顶位移及其活动支座位移的峰值响应的控制效果在10%,在非峰值响应位置的控制效果更优于峰值响应位置的控制效果。在2#墩设置阻尼器后,改变了地震力的传递方式,一部分能量通过阻尼器摩擦耗能,在2#墩设置旋转摩擦阻尼器能够控制2#墩活动支座位移,从而减小支座位移对于上部结构的破坏,但其对2#墩活动支座位移控制效果不明显。同时,旋转摩擦阻尼器对于桥梁结构各个部件的峰值响应的控制效果不明显,对于旋转摩擦阻尼器的参数还要进行详细的设计。


参考文献

[1] 蒋丽忠, 邵光强, 姜静静,. 高速铁路圆端形实体桥墩抗震性能试验研究[J]. 土木工程学报, 2013(3):86-95.

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