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原文传递基于滞回能量分析的磁流变支座近断层高铁桥梁减隔震分析

论文题名：	基于滞回能量分析的磁流变支座近断层高铁桥梁减隔震分析
关键词：	高速铁路连续梁桥;磁流变隔震支座;滞回能量;滞回特性;减震效果
摘要：	随着我国高速铁路技术的迅速发展和规模剧增，列车速度越来越快，高铁桥梁各部位结构在受到地震时产生的响应值也越来越大，进行高铁桥梁设计时对抗震性能的要求也越来越高。高铁桥梁是一种重要的交通基础设施，如何提高其抗震能力，减少桥梁结构在震中和震后的安全性问题仍然是一个值得不断研究和试验的重要课题。传统的桥梁支座大多为普通橡胶支座，该支座的刚度和阻尼性质固定不变，在遇到地震动周期与桥梁自振周期相近的情况时，减隔震装置难以发挥作用，很容易造成桥梁的剧烈损坏。磁流变隔振支座则因其刚度可控性，对桥梁结构能够起到良好的减隔震效果，能够较好控制桥梁各部位响应值，既有的对于磁流变支座的研究主要集中在磁流变体的性能研究和支座设计试验上，对磁流变支座的分析也大多集中在地震动响应分析上，从能量角度对磁流变支座减隔震效果的研究还较少，对于桥梁受到近断层地震动影响时的抗震效果及稳定性研究也尚存不足。本文以京沪高铁中一段预应力混凝土连续梁桥(32×5m)为原型进行模拟研究，基于滞回能量分析不同外加激励电流影响下，磁流变减隔震支座面对近断层及远断层地震作用时的减隔震效果，与铅芯橡胶支座进行同条件对比分析。本文的主要内容分为以下四点: 　　(1)以美国的《从SHTOLRFDBridgeDesignSpecifications))规范中的支座力.位移双线性模型及其定量化参数为参考，分析确定本文磁流变支座的支座参数，建立有限元全桥模型，假定等效水平刚度和有限元模拟后的滞回曲线割线刚度平均值相近，绘制滞回曲线割线刚度时程曲线进行对比分析，发现不同电流下屈服前后刚度比(K1/K2)取值范围为5.5～8，符合AASHTO规范所提供的K1/K2值取5～15的范围规定。　　(2)进行了有限元模型的建模和优化，选择了不同类型地震波，仅输入水平横向地震波数据，验证了磁流变支座的支座滞回性能。通过分析不同外加激励电流影响下磁流变支座的滞回耗能曲线，发现在地震动振幅明显较高，在高振幅波形集中段，滞回面积迅速增高至支座总滞回面积的70％左右并在短时间后迅速降低。通过建立橡胶支座模型进行耗能曲线对比分析，得到磁流变支座耗能能力和位移控制能力优于橡胶支座的结论。　　(3)选择输入三类地震动对磁流变支座减隔震桥梁和铅芯橡胶支座减隔震桥梁模型进行地震动响应分析，通过对比不同外加激励电流影响下桥梁隔震前后的响应数据及铅芯橡胶支座桥梁隔震前后的响应数据，发现磁流变支座起到了明显的隔震效果。得到结果为整体减震率约为37.5％，最大减震率达到66.52％，相同情况下铅芯橡胶支座减震率约为25％，最大减震率为46.64％。　　(4)采用双参数控制法来控制磁流变支座，通过外加0～3A激励电流控制磁流变支座的阻尼和刚度，让桥梁在面对地震时桥梁结构自身拥有7阶段可调节的阻尼和刚度来避免共振。对地震动响应的进行分析，发现采用双参数控制法会导致磁流变支座横向位移减隔震效果随电流增加逐渐变强，加速度响应减隔震效果变化不大，墩底剪力和墩底弯矩响应减隔震效果逐渐变弱，但并不影响磁流变支座本身良好的减隔震性能。结合全文研究看磁流变支座刚度和阻尼随电流增加的特性正是其减隔震效果优于铅芯橡胶支座的原因。
作者：	袁瑞鹏
专业：	结构工程
导师：	陈令坤
授予学位：	硕士
授予学位单位：	扬州大学
学位年度：	2022