附加新型自复位摩擦阻尼器的桥梁抗震性能分析与试验研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:potato_212
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我国是全球地震最为活跃的国家之一,近年来地震活动较为频繁。2008年汶川地震中,部分桥梁发生严重损毁或残余位移过大而失去使用功能,造成救援人员和物资无法及时送达灾区,错过了救援的最佳时机,是造成汶川地震中生命伤亡和财产损失较为严重的重要因素。因此,如何降低桥梁结构的地震损毁并减小震后残余位移,成为一项亟需解决的课题。自复位摩擦阻尼器能够有效地耗散地震作用下桥梁的振动能量并降低震后的残余位移,但目前的自复位摩擦阻尼器一般是在普通摩擦阻尼器的基础上增设复位弹簧,并要求弹簧的初始预加力大于阻尼器的最大摩擦力,使阻尼器具有自复位功能。但普通自复位摩擦阻尼器活塞复位时由于摩擦力的存在,降低了其自复位的能力,影响了在工程中的应用和推广。为此,提出一种新型的自复位摩擦阻尼器,当活塞偏离平衡位置时,活塞受到复位力和摩擦力的共同作用;当活塞向平衡位置移动时,摩擦力消失,活塞在复位力的作用下自行恢复到平衡位置,由于在复位时摩擦力消失,从而提高了该阻尼器的自复位能力。本文利用解析法求解了阻尼器刚度的表达式并用试验方法测试了其滞回曲线。通过有限元软件Open Sees对安装了自复位摩擦阻尼器、铅芯橡胶支座和板式橡胶支座的3座桥梁进行了数值模拟,对比分析了附加新型自复位摩擦阻尼器的桥梁减震效果。通过混合子结构试验,验证了该阻尼器在减小桥梁震后残余位移方面的优势,并提出设计阻尼器刚度时应考虑上部结构主梁对墩顶的转动约束作用。主要工作包括以下几个方面:(1)提出一种新型自复位摩擦阻尼器,该阻尼器主要由复位弹簧、楔形滑块、摩擦片和活塞组成,通过楔形滑块在活塞上的相对滑动,实现当阻尼器受到拉力或压力时,摩擦片与阻尼器缸壁之间具有摩擦力,使其具有良好的耗能能力;当阻尼器所受拉力或压力减小时,摩擦力消失,提高了其复位能力。对阻尼器参数进行了分析,得到了为保证阻尼器正常工作时其参数需要满足的方程。(2)基于阻尼器在各个工作阶段其构件的受力情况,推导了阻尼器的力-位移本构关系,据此解析得到阻尼器的各阶段刚度与其结构参数之间的关系,为阻尼器设计提供了理论依据。(3)对提出的新型自复位摩擦阻尼器,按照2种不同的复位弹簧初始预拉力、5种不同的起滑摩擦力和5种不同的加载速率将试验分为50个工况,对其进行了低周往复荷载试验,验证了该阻尼器刚度解析解的正确性,研究初始预拉力与阻尼器复位力的大小关系和试验加载速率对阻尼器等效黏滞阻尼系数的影响。(4)对于附加新型自复位摩擦阻尼器的桥梁,给出了阻尼器的安装方法,并针对桥墩高度不相等的不规则桥梁,提出在设计横桥向阻尼器刚度时,应按墩顶自由计算桥墩水平抗推刚度;而设计纵桥向阻尼器刚度时,应按墩顶定向约束计算桥墩刚度。在此基础上,分别按照地震作用下墩底剪力相等和墩底弯矩相等的原则推导了阻尼器刚度的设计公式,然后给出了阻尼器刚度的设计流程,并以一座桥墩高度不相等的连续梁桥为例验证所提设计方法的正确性。(5)以某4跨连续梁桥为研究对象,分别对其配置自复位摩擦阻尼器+聚四氟乙烯滑板式橡胶支座、铅芯橡胶支座和板式橡胶支座,通过Open Sees进行非线性时程分析,对比了3种不同形式桥梁的墩顶位移、主梁位移、墩梁相对位移、墩梁残余相对位移及桥墩内力,研究了附加新型自复位摩擦阻尼器的桥梁较其他两种桥梁在桥墩内力和桥梁位移及残余位移方面的优势。(6)对一附加新型自复位摩擦阻尼器的桥梁隔震结构,以支座和阻尼器为试验子结构,以其他部分为数值子结构,进行混合子结构试验,输入3条地震动记录,分析有限元分析结果与试验结果在桥梁位移、残余位移和桥墩内力方面的差异,验证上述有限元模型的正确性。
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