轻轨高架桥地震响应PGA/PGV分析:PartⅠ近断层效应的影响

以城市轻轨钢筋混凝土高架桥为研究对象,分别输入脉冲型、无脉冲型近断层地震和远场地震3种不同类型的地震,建立高烈度区地震作用下的非线性全桥模型,计算了水平及竖向地震作用下桥梁的弹塑性响应,分析了地震峰值加速度与地震峰值速度比值(PGA/PGV)对桥梁地震响应的影响.研究表明,时域分析时,脉冲型近断层地震会造成较大的梁体位移;对于梁体内力,相比其他类型地震,非脉冲地震造成的桥梁惯性力可能较大.频域分析时,相比非脉冲型近断层地震及远场地震,脉冲型近断层地震在较低的频段对桥梁横向响应的影响较大;对于竖向响应,脉冲型近断层地震可以在二阶竖向自振频率影响桥梁地震响应,非脉冲型近断层地震及远场地震在一阶竖向自振频率影响桥梁地震响应.     

近断层脉冲地震作用下曲线梁桥振动台试验研究

为了研究近断层脉冲地震作用下曲线桥结构响应特点,设计了相似比为1∶10的曲线桥试验模型.选取近断层向前方向性效应、滑冲效应和无速度脉冲地震动,进行水平地震激励的振动台试验.结果表明,近断层脉冲地震作用下曲线桥的结构响应明显高于无速度脉冲地震.向前方向性效应地震作用下跨中径向位移和桥墩相对位移响应显著.近断层地震作用下跨中切向位移、梁端位移、支座位移响应与曲线桥和断层的相对位置有关.主梁位移响应具有空间特性,主梁在水平运动的同时兼有转动,近断层脉冲地震双向激励时易激发主梁的转动效应.主梁转动效应使低墩处梁端位移和支座位移更加显著,容易引起落梁和支座脱落.在抗震设计分析中,应考虑近断层脉冲地震作用以及曲线桥与断层相对位置关系对结构响应的影响.     

脉冲型地震作用下斜拉桥纵向响应的简化计算

为研究近断层脉冲作用对斜拉桥地震响应的影响,在研究近断层地震动特性的基础上,利用最小二乘法进行脉冲模型数值拟合,通过等效模态法将复杂斜拉桥在纵桥向简化为单质点体系,建立、求解近断层脉冲作用下斜拉桥纵桥向的运动微分方程,得到斜拉桥塔顶位移、塔底弯矩与速度脉冲周期及幅值的解析关系,由此得出结构地震响应随脉冲参数变化的规律,并分别通过独塔和双塔斜拉桥的有限元分析对该方法的正确性进行验证,结果表明该方法简单可行,误差在工程可接受范围内.     

橡胶垫减震结构的动力反应

对多层框架橡胶垫减震结构在弹塑性范围内进行了地震反应的动力分析,详细介绍了进行动力分析的方法和结构的动力特性,计算了结构在地震波作用下各层的位移、加速度和剪力等地震反应·从与抗震结构动力反应比较可见,减震结构采用橡胶隔震垫后,改善了上部结构的动力特性,地震反应明显小于通常的抗震结构;此外,不同的场地对建筑物减震的效果有所不同,在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类场地下,减震结构同抗震结构相比有二度以上的减震效果;在弹塑性范围内对结构进行动力分析比只在弹性范围内分析,能够更准确地反映实际情况,从而提供较为准确的设计依据·     

近断层地震动速度脉冲之桥梁地震反应敏感参数分析

研究并确定近断层地震作用下桥梁地震反应的速度脉冲敏感参数是结构抗震设计的关键。基于距离发震断层15km范围内的164条脉冲型近断层地震记录,采用数理统计分析方法,给出了建议的脉冲模型及其参数估计式。通过与实际记录时程和SDOF结构地震反应进行比较,说明了建议脉冲模型的合理性。通过建立空间桥梁结构模型,采用非线性有限元方法,计算分析了脉冲参数对桥梁结构地震反应的影响,确定了影响地震反应的脉冲敏感参数。     

大跨度斜拉桥纵桥向阻尼器减震措施研究

以某座大跨度斜拉桥为研究背景,采用非线性时程分析方法,对在主塔与主梁之间设置纵向阻尼器的减震措施进行研究,分析不同阻尼器参数对结构地震响应的影响规律,确定了一组较合适的阻尼器参数.研究结果表明:设置纵向阻尼器可有效减小大跨度斜拉桥的地震响应,阻尼器参数的选择需综合考虑结构主要构件的内力与位移地震响应变化规律,根据优化目标,进行参数优化分析,以达到理想的减震效果.     

围护墙多功能减震结构的地震反应频响分析

围护墙多功能减震结构是一种新型减震结构,具有调频质量减震和阻尼耗能减震等多种耗能减震功能。为了研究此减震结构在地震作用下的响应特性,本文建立了减震结构在地震作用下的动力方程,推导了减震结构地震响应的传递函数、频谱密度,得到主要影响参数对该结构减震效果的影响,并采用模拟地震振动台进行普通框架结构和此结构的对比验证,通过加速度(位移)功率谱密度和加速度(位移)频响幅值反映出各设置工况下的减震规律。结果显示,与普通框架结构相比,该结构的功率谱密度和频响幅值均有不同程度的减小,减震幅度最大可达39.97%,表明该结构体系在地震波作用下具有很好的减震效果,并在参数设置合理的情况下,减震效果更佳。     

近断层地震作用下基础隔震层弹簧软限位分析

基础隔震能有效减轻结构地震响应.但在近断层脉冲型地震作用下,隔震结构的隔震层会发生较大位移,导致隔震结构侧倾失稳.本文采用弹簧限位装置进行软碰撞限位,利用软件SAP2000计算近断层地震作用下限位隔震结构的动力响应,分析限位装置不同预留距离、不同限位刚度对隔震层最大位移和上部结构最大层间位移的影响.     

大跨连续梁桥纵向减震机理和减震效果分析

基于一座实际大跨度连续梁桥,分析比较了采用动力锁定装置、黏滞阻尼器和双曲面减隔震支座的减震机理和减震效果,讨论了这些减震装置的适用范围.结果表明:动力锁定装置不耗散地震能量,在活动墩处设置该装置,可以合理分配梁体的地震惯性力,但同时结构周期减小,可能增加梁体总的惯性力;黏滞阻尼器不改变结构的周期、振型等动力特性,主要通过阻尼力消耗地震能量,减小结构动力反应;采用双曲面减隔震支座后结构的周期延长,阻尼耗能能力增加,相对于基准模型,显著减小了固定墩的内力,但同时增加了活动墩墩梁相对位移.     

地震动速度脉冲对大跨斜拉桥减震控制的影响

地震动的速度脉冲特性是加重工程结构在地震中的破坏程度的重要因素,速度脉冲已成为近断层地震动的重要工程特性之一.以一座大跨飘浮体系斜拉桥为例,选择了4组具有速度脉冲特性的实际地震动加速度记录及人工模拟的具有相同加速度反应谱而无速度脉冲的地震动时程分别作为地震动输入,利用三维有限元方法计算了地震动的速度脉冲对斜拉桥地震反应和减震控制反应,分析了地震动速度脉冲对斜拉桥地震反应和减震控制效果的影响特征.总体上看,斜拉桥在速度脉冲型地震动作用下的地震反应大部分要大于无速度脉冲型地震动的,近断层地震动的速度脉冲对斜拉桥无控制、半主动控制和被动控制地震反应均具有一定的不利影响,且地震动的速度脉冲对半主动控制和被动控制减震效果的影响趋势大体相同.     

地震频谱特性对独塔斜拉桥纵向地震响应影响

以一座实际的独塔斜拉桥为背景,分别以速度脉冲波和实际地震波作为地震动输入,研究了不同频谱特性地震输入下独塔斜拉桥地震响应特点.结果表明,近断层地震动的长周期速度脉冲对独塔斜拉桥的地震响应影响显著,特别是当地震动峰值速度(VP)与地面运动峰值加速度(aP)比值较大时,速度脉冲波的周期与主梁第一阶竖弯振动周期接近,塔柱、梁体、拉索和支座等受力明显增加,并可能出现支座脱空和拉索松弛等现象.进一步研究了支座脱空和拉索松弛现象,结果表明,支座脱空和拉索松弛对主梁位移、拉索索力和支座竖向反力等响应的影响较大,不考虑支座脱空和拉索松弛可能会低估梁体位移和拉索的地震响应.     

拉索限位装置对跨断层桥梁地震响应的影响

以一座三跨连续梁桥为工程背景,选择典型的近断层脉冲地震动,应用非一致激励的非线性时程分析方法,对考虑滑冲效应的跨断层桥梁地震响应进行计算,研究不同断层位置的情况下拉索限位器对跨断层桥梁地震响应的影响,并对拉索限位器的自由程和限位刚度进行参数分析。结果表明:应用拉索限位器可以有效地减小跨断层桥梁的位移响应,同时桥墩的受力会有所增加;跨断层桥梁的地震响应对限位器自由程的变化更加敏感。     

减隔震装置在飘浮体系斜拉桥纵桥向的应用

以某双塔飘浮体系斜拉桥为工程背景,对比分析了拉索限位器和黏滞阻尼器两种减隔震装置在飘浮体系斜拉桥纵桥向的减震特点,并进一步探讨了拉索限位器和黏滞阻尼器联合使用方式对飘浮体系斜拉桥纵桥向地震响应的影响.结果表明:拉索限位器同黏滞阻尼器相比,可以更有效地控制结构位移,而黏滞阻尼器在内力控制上具有一定的优越性;联合使用方式有助于发挥各自的优势,达到拉索限位器控制梁端位移、黏滞阻尼器改善塔底受力的理想状况,是一种更为经济有效的减震措施,且在脉冲型地震动作用下同样具有良好的减震效果.     

采用拉索减震支座的斜拉桥地震易损性分析

利用易损性方法对斜拉桥设置拉索减震支座与否进行了细致的研究,并得到了塔底弯矩和墩梁位移的易损性曲线.通过基于概率的分析研究表明,拉索减震支座能够有效地限制墩梁的相对位移,同时还能够适当地减小塔底的弯矩.对斜拉桥安装拉索减震支座的减震机理进行探讨表明,依靠摩擦增加阻尼以及通过拉索改变地震力的传力路径是减小斜拉桥地震响应的主要方式.     

多塔斜拉桥纵向约束体系研究

为确定多塔斜拉桥纵向合理的抗震约束体系,以我国某六塔斜拉桥为研究对象,分析研究了塔梁纵向四种不同固结约束下的结构动力特性和线性地震反应.计算结果表明,对于多塔斜拉桥,仅从调整塔梁纵向固结约束位置的角度出发,部分塔梁固结体系不是理想的抗震体系;塔梁纵向全固结体系和全漂浮体系都有助于减小结构地震反应在各塔的分配差异,但将纵向全漂浮的多塔斜拉桥应用于软土地基时,需关注边塔的抗震设计和结构的纵向位移.     

采用拉索支座的桥梁振动台试验

以南昌朝阳大桥为背景,设计了半结构振动台模型试验,介绍了模型设计的过程.根据桥梁是否采用拉索支座,将模型分为拉索支座体系与摩擦支座体系两种,选取了南昌朝阳大桥场地人工波与El Centro地震波进行两种体系下模型振动台试验加载.分析了各工况下结构关键位置的响应,分析解释了拉索支座限位原理.结果表明,在地震作用下,墩梁位移响应较小时,拉索支座具备与普通摩擦支座相似的减震特性;而在墩梁位移响应较大时,拉索支座通过为主梁提供瞬时加速度,控制墩梁位移,限制其进一步增加.     

自锚式斜拉-悬吊协作体系桥静风响应分析

自锚式斜拉-悬吊协作体系是一种新型桥梁结构形式,存在着抗风稳定性等技术难题.采用计算缆索承重桥静风响应的方法,研究了金州海湾大桥方案桥在静风作用下,主梁初始攻角与附加攻角、桩基础刚度、缆索体系风荷载和拉索分段对主梁和桥塔静风位移的影响.研究结果表明:附加攻角对方案桥的静风位移影响不大;如果不考虑桩基础刚度的影响会严重低估结构的侧向位移;在缆索体系风荷载作用下的侧向位移占总体位移的20%左右.     

考虑抗风索作用的简易吊桥动力响应分析

简易吊桥作为非永久性使用桥梁,往往忽略动力特性分析。基于云南怒江某简易吊桥,建立动力特性及地震响应分析模型,分析了有无抗风索作用下的吊桥模态情况及内力、位移分布特性等。结果表明,在有抗风索的情况下吊桥自振频率明显提高,地震荷载作用下的主梁受力性能及位移约束大大改善。     

超千米级斜拉桥的恒载索力优化

把超千米级斜拉桥的索力优化问题归结为非线性隐式优化的数学模型，以系统最小弯压应变能为目标，根据合理成桥状态指定各种非线性约束条件，利用投影梯度法进行优化问题的求解，求解过程中充分考虑了各种几何非线性的影响。利用ANSYS工具建立了1400m的斜拉桥有限元模型，然后据此建立斜拉索索力优化的数学模型，进行优化计算。结果表明，优化前后索力的相对改变量并不大，但是结构内力状态却得到极大改善，塔梁恒载弯矩和主梁恒载挠度减小明显，主塔塔顶向岸侧有一定偏移量，对混凝土塔的长期受力更加有利。该文优化方法为以后类似超千米级斜拉桥的索力优化提供参考。     

漂浮体系斜拉桥黏滞阻尼器参数的简化计算

根据漂浮体系斜拉桥的动力响应特点以及近断层速度脉冲型地震动特性,基于结构动力学基本理论,提出了考虑附加黏滞阻尼器的漂浮体系斜拉桥三质点简化动力模型.利用等效阻尼比概念以及能量消耗等效原理,推导得到了速度脉冲型地震动作用下漂浮体系斜拉桥线性及非线性黏滞阻尼器阻尼系数的简化计算公式.最后,通过一座漂浮体系斜拉桥实例,验证了相关公式的正确性.