铅芯橡胶支座热量累积和性能退化效应及其对隔震桥梁地震反应性态影响

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51908265
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0810.工程防灾
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Lead-rubber bearings(LRBs)are seismic isolators of bridges that have been extensively used at present. Cyclic deformation of LRB in earthquake will cause heating accumulation and temperature rise, which will further bring problems such as the mechanical properties degradation and displacement amplification, and threaten the safety of bridges. Based on the energy method, the relationship is established between dimensionless temperature and dimensionless time and space by theoretical derivation, the mechanical equation of LRBs lead core deformation-heating and temperature is obtained, and the relationship between mechanical properties of LRBs and heating accumulation in combination with the material characteristics of lead and rubber is given. Using finite element analysis of solid elements, the heating transfer and temperature distribution laws of LRBs during cyclic deformation process are revealed, and deformation heating mechanism and degradation effect of mechanical properties of LRBs are discussed. A mechanical model of LRBs considering heating accumulation and performance degradation is established by combining the energy method and finite element analysis. Based on the previous work as described above,from the perspective of dissipating seismic energy, the similarity of reduced-size LRBs is developed to solve the problem of limited load capacity in prototype test or the issue of insufficient similarity design basis in shake table test. The mechanical model and similarity of reduced-size LRBs are validated through the prototype test, reduced-size model test and real-time substructure hybrid test of LRBs. Finally, a hysteretic model of LRBs is established in OpenSees, where the degradation due to heating accumulation is taken into account, then threshold values of displacement amplification are obtained by statistics and presented in graphical format using contour lines, and the actual seismic design methods of bridges will be further improved and promoted in this way.
铅芯橡胶支座(LRB)是目前应用广泛的桥梁减隔震装置,地震中LRB往复变形会引发热量累积及温度升高,进而带来力学性能退化和位移反应放大等问题并威胁桥梁地震安全。本课题基于能量法以理论推导方式建立无量纲温度与无量纲时间和空间之间的关系,得到LRB铅芯变形发热量和温度的力学方程,结合铅材料和橡胶材料特性给出其力学性能与热量累积的关系;采用精细化实体有限元分析技术,揭示LRB往复变形过程中热量传递和温度分布规律;上述二者结合建立LRB热量累积和性能退化力学模型。以此为基础从地震能量耗散角度发展LRB缩尺模型相似率关系,以解决原型试验设备加载能力有限或振动台试验LRB相似设计依据不足的问题。通过LRB原型试验、缩尺模型试验和实时子结构混合试验,验证上述成果。最后,基于OpenSees平台开发LRB考虑热量累积的退化滞回模型,以统计获得的位移放大阈值等高线图形式,将研究成果推向实际桥梁减隔震设计。

结项摘要

随着LRB隔震桥梁在高烈度高寒地区的推广,环境温度和铅芯变形发热效应使得支座力学性能发生改变,并进一步影响了LRB隔震桥梁的抗震性能。以《公路桥梁铅芯隔震橡胶支座》(JT/T 822-2011)中的圆形LRB为对象,建立了40个不同周期的单支座隔震结构模型,研究了考虑铅芯发热与否对LRB的位移、温度、特征强度和滞回耗能等因素的影响,还讨论了铅芯温度增量和特征强度降低率与近断层地震动的关系。此外,对比分析了长、短持时地震动对LRB的剪应变、温度、特征强度和滞回耗能等因素的影响,还探讨了不同地震动持时指标与单支座隔震结构地震响应的相关性。为减小地震作用下桥梁支座的最大位移及残余变形,发展了一种具有良好自复位性能和耗能能力的SMA-LRB减隔震支座,对比评估了LRB和SMA-LRB两类隔震连续梁桥的地震损伤概率,验证了SMA-LRB优异的抗震性能。进一步对其进行参数分析,可为SMA-LRB隔震桥梁的设计提供参考依据。基于BP神经网络搭建了环境温度和桥梁地震响应之间的映射关系,并在地震易损性分析中考虑了区域环境温度变化的影响,对比分析了常温和不同区域下案例桥梁构件和系统的损伤概率。综合考虑区域温度分布和地震危险性的不同,提出一种考虑区域温度分布及铅芯发热的LRB隔震结构剪应变评估方法。进一步以基于性能的地震工程评估框架为基础,将区域温度分布概率纳入到地震风险评估方法。在设计理论方面,将环境温度和铅芯变形发热引入到直接基于位移设计方法中,从保证低温下桥墩后于支座屈服的角度,控制了桥墩的地震损伤,引入考虑高温及变形发热下支座剪应变放大系数,对支座进行抗震性能验算,并分析验证了设计方法的可行性。本项目针对中国LRB行业技术标准中的特点,系统、深入地研究了其变形发热和性能退化效应对隔震桥梁地震反应性态的影响。提出了考虑区域温度分布的地震风险评估方法以及考虑环境温度和铅芯变形发热的基于位移设计方法,为解决LRB隔震桥梁在高烈度高寒地区的推广应用提供理论支撑。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
预制装配式桥墩连接类型及抗震性能研究综述
  • DOI:
    10.19994/j.cnki.wee.2022.0047
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    世界地震工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    石岩;张智超;钟正午;张莹莹;赵彬全
  • 通讯作者:
    赵彬全
Toggle buckling-restrained brace systems and a corresponding design method for the seismic retrofit of bridge bents
桥梁弯架抗震加固的肘节屈曲约束支撑系统及相应的设计方法
  • DOI:
    10.1016/j.engstruct.2020.110996
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Engineering Structures
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Shi Yan;Zhong Zhengwu;Qin Hongguo;Han Jianping;Sun Zhiguo
  • 通讯作者:
    Sun Zhiguo
基于耗能保险丝的桥梁双柱墩减震控制研究
  • DOI:
    10.13465/j.cnki.jvs.2022.14.026
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    秦洪果;李萍;石岩;王瑞
  • 通讯作者:
    王瑞
高墩大跨度连续刚构桥典型施工阶段地震损伤分析
  • DOI:
    10.13465/j.cnki.jvs.2020.22.013
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    石岩;张奋杰;韩建平;李军;秦洪果;杨雄
  • 通讯作者:
    杨雄
近断层地震动下公路桥梁铅芯橡胶支座变形发热及性能退化效应研究
  • DOI:
    10.13465/j.cnki.jvs.2020.23.015
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    石岩;王浩浩;秦洪果;韩建平;熊利军
  • 通讯作者:
    熊利军

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其他文献

基于蛋白质组学的特发性肺纤维化中医证候学研究意义
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    冀天威
开关电弧非平衡态电导率的研究
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    吴昱怡
一种基于场论的空间异常探测方法
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    武汉大学学报(信息科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨学习;徐枫;石岩;邓敏
  • 通讯作者:
    邓敏
用肠球菌评价大连海水浴场人体健康风险
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    10.3724/sp.j.1145.2016.01007
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    应用与环境生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    石岩;明红霞;马玉娟;王玥;常永凯;季凤云;郭丽梅;关道明;樊景凤
  • 通讯作者:
    樊景凤
隔震铅芯橡胶支座变形发热及其强度退化研究综述
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    世界地震工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    石岩;李军;韩建平;王玉玲;马小科
  • 通讯作者:
    马小科

其他文献

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AI技术路线图

石岩的其他基金

时变内力状态下连续刚构桥多尺度地震损伤分析与减震控制研究
  • 批准号:
    52268075
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    34 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
西部山区桥梁双柱墩损伤控制与抗震设计理论研究
  • 批准号:
    51768042
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    39.0 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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