【摘要】：高速鐵路以其快速性、安全性、舒適性、便利性等優(yōu)點成為了我國交通發(fā)展的主要趨勢。為了確保高鐵橋梁的地震安全性,摩擦擺隔震支座以其承載力強、可自復(fù)位等優(yōu)勢而成為高鐵隔震橋梁的主要隔震裝置。但是,由于地震的不可預(yù)測性和近年來極罕遇地震的頻繁發(fā)生,隔震支座可能產(chǎn)生過大位移而失效,并最終導(dǎo)致橋梁發(fā)生破壞甚至倒塌。因此,探索不同等級大地震作用下的限位方法是當(dāng)前高鐵橋梁抗震研究領(lǐng)域的重要科學(xué)問題,具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。傳統(tǒng)的橋梁限位裝置主要有阻尼器、拉桿、纜索、擋塊等。然而,在強震作用下,如若采用噸位較大、行程較大的阻尼器,則造價較高且難以抵御超出預(yù)期的地震作用;纜索、拉桿在強震作用下也易超出其極限能力;而擋塊在強震作用下產(chǎn)生的硬碰撞效應(yīng)則會對橋梁結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生不利影響,且其遭受地震破壞后難以修復(fù)。因此,開發(fā)新型隔震橋梁限位裝置尤為必要。綜上所述,本文利用凸輪機構(gòu)、滾珠絲杠副、推力軸承以及摩擦阻尼器開發(fā)了一種新型限位裝置——摩擦阻尼器凸輪式響應(yīng)放大裝置(CRAD-FD,Cam Response Amplification Device of Friction Damper),并對其進行了系統(tǒng)的理論與試驗研究,然后對單自由度體系進行了大量的參數(shù)分析,最后,針對簡化的隔震高鐵單墩橋梁模型進行了模擬分析,主要包括:1、CRAD-FD的作用機理和恢復(fù)力模型:在系統(tǒng)總結(jié)橋梁限位措施和響應(yīng)放大技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,提出了一種摩擦阻尼器凸輪式響應(yīng)放大裝置。介紹了其構(gòu)造,分析了其作用機理,并推導(dǎo)了阻尼力、位移、速度、加速度等響應(yīng)放大的理論計算公式,提出了CRAD-FD的理論恢復(fù)力模型。編制了MATLAB程序,以正弦波位移控制加載、變幅位移控制加載、三角波位移控制勻速加載以及地震波加載為例,對CRAD-FD進行了數(shù)值模擬分析,給出了滾珠絲杠螺距、圓盤偏心距、摩擦系數(shù)等參數(shù)變化對CRAD-FD響應(yīng)放大的影響規(guī)律。提出了串聯(lián)型CRAD-FD,并對其作用規(guī)律進行了研究。2、CRAD-FD性能試驗研究:根據(jù)試驗條件,制定了偽靜力試驗方案,加工制作了CRAD-FD。對CRAD-FD進行了多組工況的偽靜力試驗,得到了CRAD-FD的力學(xué)性能變化規(guī)律;采用MATLAB編程,仿真模擬了其在各個試驗工況下的力學(xué)性能,將仿真模擬結(jié)果與試驗值進行了對比分析,驗證了CRAD-FD響應(yīng)放大效應(yīng)的有效性。3、CRAD-FD單自由度體系的地震反應(yīng)分析:運用MATLAB編制了單自由度減震控制分析程序,采用三種不同自振周期的單自由度模型,選取6條典型地震波,對其進行了時程分析,對比分析了無控、FD控制、CRAD-FD控制單自由度體系的地震反應(yīng)。在此基礎(chǔ)上,對無控、FD控制、CRAD-FD控制的單自由度體系進行了典型地震波作用下的反應(yīng)譜分析,給出了加速度反應(yīng)譜、速度反應(yīng)譜、位移反應(yīng)譜、能量反應(yīng)譜和耗能比值反應(yīng)譜;通過改變CRAD-FD參數(shù),對單自由度體系進行了大量的參數(shù)分析;將摩擦擺隔震高鐵單墩橋梁等效為隔震單自由度體系,對其進行了時程分析,得到了CRAD-FD控制效果的規(guī)律。4、CRAD-FD隔震兩自由度體系的地震反應(yīng)分析:首先,介紹了CRAD-FD在橋梁中的布置安裝情況,并將摩擦擺隔震高鐵單墩橋梁等效為隔震兩自由度模型,運用MATLAB編制了減震控制兩自由度計算分析程序,采用時程分析方法,選取典型地震波,給出了無控、FD控制、CRAD-FD控制狀態(tài)下兩自由度體系的地震反應(yīng),分別對比分析了主梁、橋墩的加速度、位移等的控制效果;然后,改變CRAD-FD中摩擦阻尼器的摩擦力,對兩自由度體系進行了時程分析,給出了不同摩擦力的CRAD-FD的控制效果;再次,對無控、FD控制、CRAD-FD控制的兩自由度體系在6條典型地震波作用下(PGA=0.4g、0.6g、0.8g)進行了時程分析,給出了CRAD-FD的控制效果,并對其限位性能進行了評價;最后,對CRAD-FD控制體系進行了經(jīng)濟性分析。
【圖文】：

目前在阻尼器放大方面主要以研究粘滯阻尼器放大為主，對于相對較少�，F(xiàn)階段國內(nèi)外學(xué)者針對粘滯阻尼器提出了許多具有位移，主要機制有杠桿位移放大、連桿位移放大、齒輪位移放大以及跨下對現(xiàn)有的放大機制進行詳細(xì)介紹。輪式響應(yīng)放大裝置n S等[48]采用機械領(lǐng)域運用廣泛的齒條、齒輪加速器的方式來放大結(jié)放大的位移傳遞給阻尼器，如圖 1-1。當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個較小的位移徑大于齒輪 1 的半徑，連在齒條末端的齒條的阻尼器的將因齒輪齒較大的位移。經(jīng)過相應(yīng)的試驗表明：該位移放大系統(tǒng)是切實可行的49]提出了一種新型粘滯阻尼器，如圖 1-2。該阻尼器主要利用齒輪原理，結(jié)合了雙出桿型阻尼器和齒輪放大機構(gòu)，實現(xiàn)了位移的內(nèi)部的輸出效率，增強了對結(jié)構(gòu)振動控制效果，對建筑結(jié)構(gòu)起更好的保50]發(fā)明了一種外接式阻尼器位移放大裝置，如圖 1-3。該裝置在建形較慢時，較大的放大了其位移，能夠有效提高建筑結(jié)構(gòu)振動控制

目前在阻尼器放大方面主要以研究粘滯阻尼器放大為主，對于相對較少�，F(xiàn)階段國內(nèi)外學(xué)者針對粘滯阻尼器提出了許多具有位移，主要機制有杠桿位移放大、連桿位移放大、齒輪位移放大以及跨下對現(xiàn)有的放大機制進行詳細(xì)介紹。輪式響應(yīng)放大裝置n S等[48]采用機械領(lǐng)域運用廣泛的齒條、齒輪加速器的方式來放大結(jié)放大的位移傳遞給阻尼器，如圖 1-1。當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個較小的位移徑大于齒輪 1 的半徑，連在齒條末端的齒條的阻尼器的將因齒輪齒較大的位移。經(jīng)過相應(yīng)的試驗表明：該位移放大系統(tǒng)是切實可行的49]提出了一種新型粘滯阻尼器，如圖 1-2。該阻尼器主要利用齒輪原理，結(jié)合了雙出桿型阻尼器和齒輪放大機構(gòu)，實現(xiàn)了位移的內(nèi)部的輸出效率，增強了對結(jié)構(gòu)振動控制效果，對建筑結(jié)構(gòu)起更好的保50]發(fā)明了一種外接式阻尼器位移放大裝置，，如圖 1-3。該裝置在建形較慢時，較大的放大了其位移，能夠有效提高建筑結(jié)構(gòu)振動控制
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U442.55

【參考文獻】

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本文編號：2602165