基于复合隔震体系的高速铁路连续梁桥减震控制研究

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对于高速铁路桥梁,单独的隔震支座在减小桥梁内力的同时却会增大主梁位移,这对桥上列车的行车安全可能会产生不利影响。为此本文提出了一种复合隔震体系,即通过同时布设隔震支座和液体粘滞阻尼器,在减少地震输入的同时控制主梁位移,以此来对高速铁路桥梁进行减震控制。以某(45+70+45)m的三跨高速铁路连续梁桥方案为工程背景,考虑轨道约束的影响,分别研究了基于铅芯橡胶支座与液体粘滞阻尼器、摩擦摆支座与液体粘滞阻尼器组成的复合隔震体系的减震控制效果。主要研究内容和结论如下:(1)采用Midas Civil 2019有限元软件分别建立了带有LRB和FPS的隔震连续梁桥模型,探讨了单独设置LRB和FPS时高速铁路连续梁桥的隔震性能。结果表明:LRB、FPS隔震支座均可减小桥墩受力,但同时会使主梁位移增大,增大幅度分别为75.4%、68.2%,且LRB、FPS的横向减震性能优于顺桥向,固定墩的减震效果优于活动墩。(2)考虑轨道约束的影响,探讨了轨道约束对LRB、FPS隔震连续梁桥地震响应的影响。结果表明:考虑轨道约束后,纵向地震响应整体呈减小趋势,横向地震响应增大,其中固定墩纵向墩底弯矩降低幅度达78.22%,固定墩横向墩底剪力增幅达99.67%,横向墩底剪力横向墩底剪力对抗震设计方案起决定性作用,忽略轨道约束会使LRB隔震性能偏安全,轨道约束将增大LRB隔震连续梁桥横向地震响应,降低LRB隔震支座横向减震效果,LRB隔震性能研究需考虑轨道约束的影响。考虑轨道约束后,FPS隔震连续梁桥地震响应减小,最大降幅达98.22%,由于梁轨约束加强,无砟轨道纵向力消耗了地震能量,从而使桥墩地震响应减小,故轨道约束的影响不可忽略。(3)在此基础上,建立了带有LRB和液体粘滞阻尼器的高速铁路连续梁桥-轨道一体化模型,分析了液体粘滞阻尼器、LRB关键参数对复合隔震体系地震响应的影响规律及最优取值范围。结果表明:增大液体粘滞阻尼器的阻尼系数和速度指数可降低梁端位移,减小固定墩墩底剪力及活动墩弯矩。提高LRB的屈服强度、初始刚度可有效降低主梁位移和桥墩纵向地震响应,增大桥墩横向地震响应,而提高LRB的屈服比会使梁体位移逐渐增大,桥墩地震响应呈下降趋势,但需考虑屈服比对梁体位移的不利影响。对于本文的研究条件,当液体粘滞阻尼器C_d=3000~5000k N?(m/s)~?,?=0.5~0.7,LRB屈服强度为400~500k N、初始刚度为1000~1500MN/m、屈服比为6~10时,该复合隔震体系的减震控制效果最佳。(4)建立了带有FPS和液体粘滞阻尼器的高速铁路连续梁桥-轨道一体化模型,分析了液体粘滞阻尼器、FPS关键参数对复合隔震体系地震响应的影响规律及其最优取值范围。结果表明:增大阻尼系数和速度指数会降低梁端位移、增大墩底弯矩;而提高FPS的屈服刚度会使梁端位移减小,桥墩位移和内力增大;FPS的摩擦系数对梁端位移、桥墩位移、桥墩内力具有一定程度的影响,当摩擦系数为某个特定数值时,梁端位移、桥墩位移、桥墩内力会发生突变;提高FPS曲率半径能提高固定墩的抗震能力。对于本文的研究条件,当液体粘滞阻尼器C_d=3000~5000k N?(m/s)~?,?=0.5~0.7,FPS的屈服刚度为500~1500MN/m、摩擦系数为0.12、曲率半径为2~4m时,该复合隔震体系的减震控制效果最佳。
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