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基于黏弹性阻尼器的铁路梁式桥抗震韧性提升

赵灿晖 梁晋豪 卢皓 尹伟涛 冯俊集 康炜

赵灿晖, 梁晋豪, 卢皓, 尹伟涛, 冯俊集, 康炜. 基于黏弹性阻尼器的铁路梁式桥抗震韧性提升[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250318
引用本文: 赵灿晖, 梁晋豪, 卢皓, 尹伟涛, 冯俊集, 康炜. 基于黏弹性阻尼器的铁路梁式桥抗震韧性提升[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250318
ZHAO Canhui, LIANG Jinhao, LU Hao, YIN Weitao, FENG Junji, KANG Wei. Seismic Resilience Enhancement of Railway Beam Bridges Based on Viscoelastic Dampers[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250318
Citation: ZHAO Canhui, LIANG Jinhao, LU Hao, YIN Weitao, FENG Junji, KANG Wei. Seismic Resilience Enhancement of Railway Beam Bridges Based on Viscoelastic Dampers[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250318

基于黏弹性阻尼器的铁路梁式桥抗震韧性提升

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250318
基金项目: 国家自然科学基金项目(U21A20154);四川省科技计划(2022NSFSC0455)
详细信息
    作者简介:

    赵灿晖(1970—),男,教授,博士,研究方向为桥梁工程抗震,E-mail:zch2887@163.com

    通讯作者:

    康炜(1973—),教授级高级工程师,研究方向桥梁抗震及结构设计,E-mail:729608145@qq.com

  • 中图分类号: U442.55

Seismic Resilience Enhancement of Railway Beam Bridges Based on Viscoelastic Dampers

  • 摘要:

    随着桥梁抗震设计理念逐步由基于性能向面向韧性转变,当前的研究重点不仅在于保障结构在地震作用下的安全性,更需关注桥梁在震后通行功能的保持与恢复能力. 铁路桥梁作为交通网络的关键节点,其震后通行能力直接关系到线路的运营效率与震区恢复进程. 基于此,提出一种剪切型黏弹性阻尼器,通过控制主梁相对横向错位来降低轨道损伤风险,进而提升桥梁震后通行功能. 以某5跨典型铁路桥梁为例,对比分析无限位装置(NC)、仅设钢挡块(SR)和钢挡块 + 剪切型粘弹性阻尼器(DP)3种约束下的通行功能易损性、震后功能恢复能力及抗震韧性. 分析结果表明:1)提出构件恢复权重系数的概念,为构件修复次序确定提供了定量指标;2)所提出的剪切型黏弹性阻尼器能够显著控制梁缝处主梁横向相对位移,在强震作用下有效降低轨向不平顺程度,提升桥梁的震后通行功能;3)在钢挡块基础上增设黏弹性阻尼器可显著缩短震后修复时间,尤其在较高地震动强度下(如地震动加速度PGA为0.8g),修复时间较NC体系最多可减少9.1 d,并且,DP约束的震后残余通行功能和抗震韧性指数在不同PGA水平下均显著高于SR与NC约束,如震后残余通行功能在PGA为0.4g时分别提升了20.0%与56.9%,抗震韧性在PGA为0.4g时分别提升了13.1%与34.4%,表明该装置在提升桥梁震后通行功能和抗震韧性方面具有显著效果.

     

  • 图 1  剪切型黏弹性阻尼器

    Figure 1.  Shear-type viscoelastic damper

    图 2  功能恢复曲线

    Figure 2.  Function recovery curves

    图 3  5跨铁路简支梁桥(单位:m)

    Figure 3.  Five-span railway simply-supported beam bridge (unit: m)

    图 4  铁路桥梁结构图(单位:m)

    Figure 4.  Structure of railway simply-supported beam bridge (unit: m)

    图 5  桥梁有限元模型

    Figure 5.  Finite element model of bridge

    图 6  所选地震动反应谱曲线

    Figure 6.  Selected ground motion response spectrum curves

    图 7  轨向不平顺概率地震需求模型

    Figure 7.  Probabilistic seismic demand model for track alignment irregularity

    图 8  易损性曲线

    Figure 8.  Vulnerability curves

    图 9  震后功能恢复曲线

    Figure 9.  Post-earthquake function recovery curves

    图 10  桥梁修复总时间

    Figure 10.  Total time for bridge repair

    图 11  震后残余功能曲线

    Figure 11.  Post-earthquake residual function curves

    图 12  构件修复权重系数

    Figure 12.  Weight coefficient for component repair

    图 13  抗震韧性指数曲线

    Figure 13.  Seismic resilience index curves

    表  1  阻尼器力学性能参数

    Table  1.   Mechanical property parameters of dampers

    性能指标 数值范围
    水平屈服力Qy/kN 52~214
    初始水平刚度 K1/kN·mm−1 10.72~26.50
    屈服后水平刚度 K2/kN·mm−1 1.64~3.12
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    表  2  通行功能损伤定义及控制指标

    Table  2.   Definition and control indexes of traffic function damage

    功能状态 功能描述 控制指标 功能损失比Li/%
    无损伤 以设计速度200 km/h 通行 不平顺$ \lt $9 mm 0
    轻微损伤 通行速度降至160 km/h 9 mm$ \leqslant $不平顺$ \lt $12 mm 25.8
    中等损伤 通行速度降至120 km/h 12 mm$ \leqslant $不平顺$ \lt $15 mm 51.6
    严重损伤 通行速度降至80 km/h 15 mm$ \leqslant $不平顺$ \lt $18 mm 77.4
    完全损伤 通行速度降至45 km/h 以下 18 mm$ \lt $不平顺 100
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    表  3  构件修复时间统计结果均值

    Table  3.   Mean of component repair time statistics

    构件 无损伤 轻微损伤 中等损伤 严重损伤 完全损伤
    桥墩 0 11.61 22.11 46.74 93.83
    支座 0 4.58 5.96 7.33 14.66
    轨道 0 4.04 7.24 7.24 14.48
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  • 收稿日期:  2025-06-13
  • 录用日期:  2026-03-11
  • 修回日期:  2025-10-14
  • 网络出版日期:  2026-03-20

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