城市高架桥新型橡胶减振支座的参数优化设计

摘要

为减小列车在城市轨道交通高架桥上运行引起的环境振动，课题组开发了一种新型橡胶减振支座。此新型支座采用四个高阻尼厚层橡胶块相对倾斜布置的设计方案，在实现竖向减振的同时还可以提供较大的横向水平刚度，对改善环境质量和节约桥梁减振措施的成本具有十分重要的社会意义和经济价值。 竖向减振用的厚层橡胶支座在受压时会产生较大变形，传统橡胶隔震支座的设计方法已不再适用。提出的新型支座由厚层橡胶块构成，其刚度计算方法必须进行修正。作为一种新型的桥梁减振支座产品，必须对其力学性能和减振效果进行研究。而目前关于橡胶支座减振效果的研究，要么是进行缩尺模型的竖向激振试验，要么是将橡胶支座等效成弹簧-阻尼单元以分析支座压缩刚度对车致振动的影响，前者不能完全反应真实情况，后者无法考虑橡胶材料变形的影响。此外，改变橡胶块的参数可设计出不同减振频率和承载力的新型支座产品，还需分析各参数对新型支座减振效果的影响，提出最优设计方案。 针对上述问题，本文开展了以下六方面的工作： （1）提出了新型支座的设计方案和刚度计算方法，然后根据新型支座在受压时同时产生压缩和剪切变形，提出了新型支座的刚度修正计算方法。 （2）设计了减振频率为8Hz、最大承载力为3500kN的新型支座足尺试件开展力学性能试验，以验证其基本力学性能。 （3）设计了新型支座缩尺试件开展竖向激振试验，并与普通钢支座进行对比，以验证新型支座的竖向减振效果。 （4）采用ABAQUS软件建立了试验用新型支座的有限元模型，开展力学性能的数值模拟，对试验结果进行验证和补充。 （5）采用ABAQUS软件建立了上部质量块-橡胶减振支座-桥墩体系的有限元模型，通过竖向扫频激振的方式，对新型支座的减振效果进行数值模拟。 （6）设计了33种新型支座工况，分析橡胶块倾角、橡胶层的总厚度、橡胶单层厚度对新型支座减振效果的影响，并得出了新型支座的最优设计方案。 最后，在总结全文工作的基础上，对进一步的研究提出了建议和展望。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 城市高架桥车致环境振动的控制

1.2.2 橡胶支座的设计方法

1.2.3 橡胶支座的力学性能研究

1.2.4 橡胶支座的竖向减振效果研究

1.3 存在的问题

1.4 本文所做的工作及创新点

第2章 新型橡胶减振支座的设计

2.1 减振原理

2.2 设计方案

2.3 刚度计算方法

2.3.1 单个橡胶块的刚度计算

2.3.2 新型支座整体刚度计算

2.3.3 刚度修正计算方法

2.4 本章小结

第3章 力学性能和减振效果的试验研究

3.1 足尺试件的力学性能试验

3.1.1 试件及试验设备

3.1.2 试验方案

3.1.3 力学性能指标的定义

3.1.4 压缩和剪切性能

3.1.5 纵向剪切性能相关性

3.1.6 纵向极限剪切性能

3.2 缩尺试件的减振效果试验

3.2.1 试件设计

3.2.2 试验方案

3.2.3 结果及分析

3.3 本章小结

第4章 力学性能和减振效果的数值模拟

4.1 橡胶的本构模型

4.1.1 超弹性模型

4.1.2 粘弹性模型

4.2 力学性能的数值模拟

4.2.1 有限元模型的建立

4.2.2 压缩和剪切性能

4.2.3 极限剪切性能

4.2.4 压缩刚度和水平等效刚度

4.2.5 竖向减振阻尼比

4.3 减振效果的数值模拟

4.3.1 有限元模型的建立

4.3.2 加载及求解

4.3.3 结果及分析

4.4 减振效果的参数分析

4.4.1 选定模拟工况

4.4.2 模型建立及求解

4.4.3 结果及分析

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参与的科研项目

攻读硕士学位期间获得的科研成果