动水压力对深水桥梁性能设计的影响

通过一个深水桥墩实例对中国与日本桥梁抗震规范的地震动水压力计算方法进行比较研究,分析规范关于动水压力计算的异同点,计算表明两者结果相差较大. 对桥墩的动水压力进行数值模拟计算,考察动水压力沿深水桥梁高程的分布. 为研究动水压力对桥梁整体结构动力特性的影响,以主跨260 m的牛根大桥为背景建立有限元计算模型,采用附加质量法进行计算. 结果表明,附加质量法求得的位移和弯矩比不考虑动水作用的情况有较大增幅,也表明动水压力对桥梁的性能有较大的影响. 在深水桥梁的性能设计理论与应用领域中,水与桥墩的相互作用问题有必要进行进一步的研究.     

地震作用下深水高墩刚构桥梁的动力响应分析

高墩大跨连续刚构桥梁的抗震性能是桥梁设计人员重点关注的问题.当高墩处于深水之中,由于桥墩外围的水和桥墩体内的水将由于震动而同时对桥墩产生作用,对其进行动力响应分析更为困难.在计算墩水耦合效应时采用Westergaard理论,对一座连续刚构桥梁的地震动力响应进行了反应谱分析和时程分析.研究结果认为考虑墩水耦合效应后,桥梁...     

考虑地震动空间效应的深水桥梁减震性能

以大跨深水连续梁桥为研究对象,提出了拉索减震体系.对考虑地震动空间效应的不同激励地震动输入的实现方法做了阐述,对比常规体系和弱固定体系,研究考虑地震动空间效应时深水桥梁拉索减震体系的减震效果,并进一步探讨了考虑地震动空间效应时,动水压力对深水桥梁地震响应的影响.研究结果表明,拉索减震支座具有良好的减震性能,且其对地震动空间效应非常敏感;考虑地震动空间效应时,动水压力对拉索减震体系、常规体系动力响应的影响较一致激励有所差异,且该差异随视波速、失相干系数及局部场地条件的不同而变化.     

考虑动水压力的拉索减震支座深水桥梁地震响应分析

以某跨海连续梁桥为例,研究动水压力对拉索减震支座减隔震体系下深水桥梁地震响应的影响,分析拉索减震支座在深水区连续梁桥中的适用性。首先建立考虑动水压力下的深水桥梁地震响应分析方法,然后针对拉索减震支座减隔震体系对该桥进行动力响应分析,并与摩擦摆减隔震体系进行对比。结果表明:动水压力增大了深水桥梁的地震内力和位移响应;拉索减震支座减隔震体系下,动水压力对地震响应的影响程度明显小于摩擦摆减隔震体系,体现了拉索减震支座在深水桥梁抗震设计中的优越性。     

近、远场强震下深水桥墩的非线性动力响应特性

以深水桥梁的两座桥墩为研究对象,考虑混凝土的非线性力学行为,以可有效计入墩-水流固耦合效应的势流体完全数值法为基础建立势流体模型,并引入动水压力简化算法建立附加质量模型.讨论了墩周水域范围及势流体单元尺寸的合理取值,验证了简化算法在深水桥墩非线性动力分析中的有效性.对比讨论了弹性模型、非线性模型动力响应的差别,对比了近、远场地震下深水桥墩非线性动力响应的差异及分布特征.研究结果表明:当地震动峰值加速度(P_(PGA))较小时,桥墩非线性模型与弹性模型的动力响应相一致;随P_(PGA)的增大,非线性模型的墩底弯矩、剪力均小于弹性模型,说明强震下桥墩会进入开裂甚至弹塑性状态,其力学行为与弹性模型差别明显,应该考虑其在强震下潜在的非线性动力行为.近场地震下,深水桥墩的动力响应明显高于远场,墩底弯矩均值分别比远场地震下大80.4%和34.4%,剪力均值分别大23.7%和28.9%,表明近场地震下桥墩会进入更强的非线性状态,对近断层区深水桥梁的抗震设计提出了更高的要求.     

长持时地震动下RC桥墩地震反应分析

钢筋混凝土(RC)桥墩可能遭受长持时地震动的影响,并引起桥墩严重破坏.为揭示长持时地震动下RC桥墩的地震损伤破坏机理,基于OpenSees平台建立考虑混凝土与钢筋材料累积损伤的RC桥墩抗震数值分析模型.根据谱匹配原则筛选长持时地震动以及与之匹配的短持时地震动记录共计100组,对比分析了地震动持时对RC桥墩地震反应的影响,采用云图法进行了不同持时地震动下桥墩易损性分析.结果表明,剪跨比为6时,长持时地震动下桥墩的最大位移角、残余位移角、曲率延性系数分别是短持时地震动下桥墩反应的1.2～1.3倍、1.6～1.7倍和1.5～1.6倍.剪跨比为4时,桥墩最大位移角、残余位移角、曲率延性系数分别为短持时地震动下桥墩反应的1.6～1.7倍、2.3～2.9倍和2.1～2.6倍.PGA相同时,长持时地震动下桥墩不同损伤状态下的超越概率均大于短持时地震动下的损伤超越概率.长持时地震动将引起桥墩更为显著的损伤,在桥梁抗震性能评价中应该考虑地震动持时这一因素的影响.     

深水高桩基础桥梁地震水动力效应分析

摘要：针对我国深水桥梁建设中广泛采用大型群桩基础的现实情况,为满足深水桥梁抗震分析和抗震设计的需求,进行了深水高桩基础桥梁地震动水力效应的研究。首先将深水高桩基础的承台理想化为一个浸入水中的截断圆柱体,建立了截断圆柱体的地震动水压等效附加质量与等效附加阻尼矩阵的解析计算方法;其次提出了非圆柱体等效为圆柱体的近似处理方法;第三在频域建立了深水高桩基础桥梁考虑动水力效应的地震振动方程,并完成了有限元程序编制;最后对一座跨海峡大桥进行了地震反应计算,结果表明地震动水力效应对深水高桩基础桥梁的地震反应有重要影响,因计算的反应量不同,可能使地震反应增大,也可能使地震反应减小,其影响程度在抗震分析与设计中应当加以考虑。     

考虑黏弹性边界及缝面水压的重力坝地震开裂模拟

地震下重力坝的开裂扩展机理是大坝抗震安全评价的重要研究内容,因此,建立合适的抗震分析模型至关重要.论文基于扩展有限元法,考虑了缝面水压力的影响并采用黏弹性人工边界模型仿真模拟了大坝地震开裂过程,并分析探讨了不同的抗震分析模型对大坝地震开裂过程的影响.结果表明:黏弹性人工边界更全面地考虑了诸如远场阻尼、地基弹性恢复力等不同因素对结构动响应的影响;相较于黏弹性人工边界模型,无质量刚性地基抗震分析模型放大了大坝的地震动响应;考虑黏弹性边界且采用有质量弹性地基时的裂纹扩展路径较平缓,裂纹扩展长度也较小,且最大裂纹宽度减小了约19%.     

在连续梁桥中内填混凝土偏心圆形钢桥墩抗震性能

目的讨论桥墩顶部时程位移、桥墩底部反力-桥墩顶部位移滞回曲线、桥墩根部应力分布及变形状态等分析结果,考察上部结构偏心作用对桥墩地震响应的影响以及内填混凝土钢桥墩的抗震性能效果,探明内填混凝土圆形钢桥墩以及空钢管桥墩在整体结构中的抗震性能.方法采用有限元分析软件ABAQUS,建立三维空间有限元模型,在顺桥向、横桥向分别输入罕遇地震动,进行非线性动力时程分析.结果在顺桥向地震动激励时,上部结构偏心作用对连续梁桥桥墩的动力响应影响较小;在横桥向地震动激励时,随着上部结构偏心率的增加,桥墩最大响应位移也增加,偏心率对桥墩的地震响应影响较大;无论顺桥向和横桥向地震作用,空钢管桥墩均发生了屈服,桥墩根部出现应力集中现象,局部失稳变形过大,丧失承载能力;部分填充混凝土钢桥墩也进入了弹塑性阶段,内填混凝土抑制了钢管局部失稳变形发展.结论钢桥墩填充混凝土后提高了承载能力,减小了最大响应位移,有效地提高了桥梁的抗震能力.     

考虑动水压力高桩承台桥梁地震反应分析

为了研究动水压力对高承台桩基桥梁地震响应的影响,通过附加质量考虑动水压力效应。桩基附加质量用Morison方程求解,承台附加质量应用速度势理论求解。最后利用Midas/Civil软件建立了千岛湖大桥有限元模型,通过有限元模型分析动水压力对高承台桩基桥梁地震反应的影响。分析结果表明:动水压力的存在会降低桥梁的自振频率;动水压力的存会使桩基地震响应增大。因此,在高承台桩基桥梁的抗震设计中考虑动水压力变得十分必要。     

地震时作用于深水桥墩上的动水力及对桥墩动力响应的影响

基于势流体理论,针对一典型实体矩形截面桥墩,分析了不同水深时,动水对桥墩自振特性的影响.研究了不同水深和地震波类型等条件下,作用于桥墩上动水压力的分布规律及其合力作用点位置,并分析了动水对矩形截面桥墩在地震作用下动力响应的影响.结果表明,由于动水和结构相互作用的影响,矩形截面桥墩的自振周期、墩底弯矩及剪力的峰值会随着水深的增加而不断增大.动水使墩底弯矩和剪力分别最多增大了31%和50%,因此动水对桥墩动力反应的影响不可忽略.并且,不同类型地震波对作用于桥墩上的动水压力分布的影响也不相同.根据日本规范计算作用于矩形截面桥墩上的动水力的结果与本文的结果更为接近.     

复杂河道环境内水流冲击桥墩的数值模拟——以广安五福桥为例

广安市拟在西溪河原拱桥上游修建行车桥改善城市交通,桥梁拟建于河道弯顶处,拟建位置上下游涉水建筑物较多,汛期时桥墩周围水动力环境较为复杂。为研究汛期时弯道处桥墩受水流冲击的规律,以FLOW-3D水动力学数值模拟软件为研究工具对固定工况中水流冲击圆柱形桥墩的过程进行数值模拟。将河道模型拆分为简单模型进行模拟,发现模拟计算结果与经验公式结果较为吻合,在该基础上进行数值模拟,研究结果表明：(1)河道中景观闸与拱桥间为水流急变区,可能对河床及桥墩底部造成冲刷;(2)拟建桥区水流对桥墩的冲击压力时程变化呈现不规律脉动,主频范围为0~0.02Hz;(3)凹岸桥墩所受水流冲击力明显大于凸岸,随着流量增大,凹岸桥墩受力方向与顺河向的正夹角增大,凸岸桥墩受力与顺河向的负夹角减小。     

近场地震动输入问题的研究

用时程分析方法来分析桥梁结构地震响应时,地震波的选择合适与否决定了分析结果的稳定性及可信性。本文提出双参数控制法作为考虑近场地震输入时地震波的选择方法,并与传统的地震波选择方法相比较。利用有限元方法对实际桥墩进行了检算,通过分析得出：采用双参数控制法选波的计算结果离散性比较小且能够反应近场地震的特性;验证了较大PGV／PGA比值的近场地震波会引起结构较大的地震响应的观点;并认为速度脉冲周期下宜作为考虑近场地震输入时选波的指标。     

预应力混凝土刚构-连续组合梁桥的减震设计

以324国道乌龙江大桥复线桥为工程背景,对刚构-连续组合梁桥进行两级设防地震水平下的地震反应分析及抗震验算.结果表明,在两级设防地震作用下,上部结构产生的纵桥向地震力主要由2号刚构墩承担;在E1地震作用下,组合梁桥满足抗震强度要求,但在E2地震作用下,组合梁桥的2号刚构墩无法满足抗震强度要求.为改善结构的整体抗震性能,对刚构-连续组合梁桥进行减震方案设计及比选.比选结果表明,仅在5号墩墩顶增设Lock-up装置,就可以较大幅度降低2号刚构墩的控制地震内力,满足预期的抗震设防目标,是一个优化的减震方案.     

滑坡涌浪对桥墩冲击波压分布规律及计算

桥墩是三峡库区的重要建筑物之一,针对滑坡涌浪对桥墩的影响,通过物理模型模拟涌浪的产生、传播以及对桥墩的作用,分析了滑坡体方量、初始浪高及库区水深等因素对桥墩所受冲击压力的影响。结果表明,不同水位条件下,同一桥墩最大冲击波压分布规律有所不同,规范计算给出的分布规律不完善;前人运用孤立波的叠加来研究涌浪所得结论在一定水深条件下才适用,深水条件下呈现波动性多峰值分布,其结论并不适用。不同岸侧的桥墩,最大冲击波压的分布规律有区别且最大值的作用位置也有所不同,在工程设计中两岸桥墩应分开计算最不利荷载情况;基于多元线性回归给出了桥墩的最大冲击波压计算公式,供工程设计计算参考。     

双薄壁墩刚构矮塔斜拉桥地震时程响应分析

为了研究双薄壁墩墩高和壁厚组合的厚高比对双薄壁墩矮塔刚构斜拉桥地震反应的影响,以甘肃天水国际陆港市政道路工程渭河五号桥（75+126+75）m连续刚构矮塔斜拉桥为研究对象,依托Midas Civil软件建立全桥空间有限元分析模型,利用非线性时程分析法,对五种不同工况组合的厚高比形式下的建模结构的地震响应进行对比。对比结果表明,墩高相比壁厚更能影响墩顶纵向弯矩,厚高比越大,对纵向弯矩的贡献值越小。各厚高比的塔身最高处索鞍横向剪力小于最低处索鞍横向剪力,工况厚高比越大,墩顶横向剪力越小。塔墩梁固结附近的横向剪力明显大于其他各关键位置的横向剪力。除主跨跨中位置处竖向外移需要注意外,梁端竖向位移突出,由于刚构斜拉桥的特殊性,在实际工程中应在此种结构的边墩处设置合适的减隔震装置或支座以减小地震响应影响。     

滑动支座摩擦效应对连续梁桥地震响应影响

以1座跨度为(55+4×90+55)m的预应力混凝土变截面连续梁桥为研究对象,采用ANSYS软件建立桥梁动力分析模型.选取3条人工地震波作为地震动输入,基于动力非线性分析方法,考虑摩擦效应,分析盆式橡胶支座连续梁桥非固定墩的地震响应和支座的滞回性能,并与未考虑摩擦效应的地震响应进行比较.结果表明:非固定墩处的盆式橡胶支座在地震作用下形成了规则、饱满的滞回曲线,形状近似为矩形;相对未考虑盆式橡胶支座摩擦效应的模型,考虑支座滑动后,固定墩墩底顺桥向弯矩、剪力分别降低了25.91%、27.41%,固定墩墩顶顺桥向位移和非固定墩墩梁相对位移分别降低了26.15%、25.59%;对于多跨长联连续梁桥,滑动支座数量多且反力大,若不考虑滑动支座的摩擦耗能,桥梁结构地震响应结果偏大,抗震设计偏于保守.