斜拱肋倾角变化对斜靠式拱桥地震响应的影响

以某钢管混凝土斜靠式拱桥为例,建立了空间杆系有限元计算模型,研究了斜靠式拱桥斜拱肋倾角变化对拱桥基频、地震内力和位移响应的影响. 研究结果表明: 随着斜拱肋倾角的增大,斜靠式拱桥的侧向刚度显著提高、主拱肋和斜拱肋在横桥向地震作用下的轴力和面内弯矩均有不同程度的减小;而在纵桥向地震作用下,斜拱肋倾角变化对主拱肋的轴力和面内弯矩影响较小.     

拱肋内倾角对钢管混凝土拱桥静动力学的影响

利用有限元程序,对不同拱肋内倾角的钢管混凝土拱桥在恒载作用下的静力、稳定性以及结构的自振特性进行了计算,分析了结构位移、内力、稳定安全系数和自振频率值与拱肋内倾角的关系.结果表明:拱肋内倾角增大,有效地提高了拱桥结构的面外稳定性和横向刚度,拱肋控制截面的弯矩和拱脚的水平推力也均有大幅度的减小,当拱肋内倾角为8°时,拱脚处弯矩和水平推力均达到最小值;但拱肋内倾角在3°以下、8°以上时,对拱肋横向刚度的影响较小;结构面内稳定、面内刚度、扭转刚度及拱肋控制截面的竖向位移受拱肋内倾角的影响较小.综合静、动力学分析结果来看,拱肋内倾角以8°为宜.     

曲率半径对小净距超大断面隧道地震响应的影响

为揭示不同曲率半径对小净距超大断面隧道地震响应特征的影响,以长乐龙门隧道为研究对象,分别建立曲率半径为400、 600、 800、 1 000和∞m的模型.结果表明,在横向和纵向地震的作用下,曲率对小净距超大断面隧道地震响应有较大影响.受曲率半径的影响,隧道左右洞凸侧(右侧)的内力均大于凹侧(左侧),且随着曲率半径的减小,右侧内力与左侧内力的差距增大.此外,曲线隧道拱顶和仰拱处的弯矩、剪力均随着曲率半径的减小而增大,而拱脚处的弯矩、剪力、轴力则均随着曲率半径的减小而减小.位移受曲率半径影响较小,变化幅度不超过1%.因此,隧道抗震设计时应考虑隧道曲率半径的影响.     

钢-混组合结构蝶形拱桥索力优化

以中承式钢-混组合结构蝶形拱桥为研究背景,对以异型拱为代表的拱桥的索力优化问题进行研究。运用MIDAS/Civil软件建立桥梁结构的有限元模型,通过对比分析不同张拉索力下的拱肋轴力、弯矩、应力以及索力不均匀程度,确定最合理的吊杆张拉力,同时对4种不同的张拉方案从拱肋轴力、拱肋弯矩、主梁应力以及吊杆内力等方面进行对比分析,以确定最优的吊杆张拉顺序,最后以确定的吊杆张拉力和张拉顺序对吊杆进行验算。研究结果表明,该蝶形拱桥的第二次吊杆张拉力选取中索450kN、边索550kN较为合理,最优的张拉方案为先张拉拱顶两侧的两根吊杆,再张拉拱顶吊杆,然后从拱脚向拱顶对称张拉,吊杆的最大应力和应力幅均满足规范要求。     

斜度对多梁式连续斜交小箱梁桥力学性能的影响

基于斜交箱梁桥弯扭耦合的受力特点,利用梁格法求解了自重作用下0°,10°,20°,30°,45°,60°共6种情况下多梁式连续小箱梁的弯矩、扭矩、应力和位移,对比分析了斜度对斜交连续小箱梁桥力学性能的影响。研究结果表明,在常用斜度范围(θ60°)内,主梁跨中截面的弯矩、位移随斜度的增大先减小后增大,而墩顶截面的弯矩、跨中截面的扭矩随斜度的增大先增大再减小;各截面上缘应力随斜度的增大先增大后减小,而下缘应力则随斜度的增大先减小后增大;当斜度达到临界斜度45°时,各截面的内力、位移均达到最值,此时,跨中截面扭矩值与正桥跨中截面的扭矩值相差倍数达到了100以上;斜度为0°~10°时,主梁弯矩、应力和位移变化均较小,可近似按直桥计算。在设计中,应充分考虑斜度对斜交箱梁弯扭耦合性能的影响,合理布置墩顶截面和跨中截面的抗弯、抗扭预应力钢束,使设计更经济、安全。     

多孔钢波纹板拱桥地震时程响应分析

以泗许高速公路钢波纹板拱桥为例,利用有限元软件midas FEA建立了该桥的实际波纹形状有限元实体模型,根据现有的抗震分析理论,采用动态时程分析方法,考虑顺桥向、横桥向、三向叠加三种方向地震波,分析了该桥的地震响应性能。结果表明:研究同一个拱的拱脚处地震响应(位移、应力)最大,对于不同的拱跨,靠近两侧桥台处边跨更容易发生破坏;在三种方向地震波作用下,顺桥向和竖桥向位移较为明显,设计中应给予重点考虑。     

中承式X型与平行式双肋拱空间有限元对比分析

以成都为地理环境背景,设计一中承式钢结构大跨度双肋式拱桥,三种结构形式的桥的材料、主梁截面和拱肋截面尺寸均相同,只令拱肋倾斜角度不同,内倾和外倾分别为±15°,先通过直观的概念分析,简单的对比三种在侧向荷载作用下的弯矩,再通过sap2000有限元软件,建立三种结构拱桥主桥的空间有限元实体模型,施加自重、风荷载,车辆活载和地震作用,进行数值仿真分析,在相同荷载的作用下,对比内倾,外倾和平行式三种双肋拱桥的拱肋弯矩、横向支撑和吊杆轴向力的大小,分析三种结构受力的合理性。     

高墩大跨曲线连续刚构桥地震响应研究

目的研究桩土相互作用和行波效应对高墩大跨曲线连续刚构桥地震响应的影响.方法采用有限元程序,建立跨度为(70+3×127+70) m的曲线刚构桥有限元模型,采用动态时程分析方法,分析了桩土相互作用和行波效应在不同参数取值下的桥梁结构地震响应.结果纵桥向激励下,考虑桩土相互作用比不考虑桩土相互作用桥梁各桥墩控制截面内力增大30%～40%;横桥向激励下,考虑桩土相互作用比不考虑桩土相互作用桥梁各桥墩控制截面内力减小17%～25%.考虑桩土相互作用,将显著增大墩顶和墩底截面纵桥向内力,减小横桥向墩顶和墩底内力;考虑地震波传播速度引起的行波效应,使得桥墩内力在不同桥墩之间呈现更加不均匀分布状态,增大部分桥墩破坏的危险;由于地震波入射角度不同而引起的行波效应时,入射角度为0°时各个桥墩内力和位移响应略大于10°和-10°两个入射角度的激励结果.结论地震波入射角度引起的行波效应时对该类桥型地震响应影响较小.桩土相互作用对该类桥型的动力特性有一定的影响.随着桩土弹性连接土介质参数的增大,结构体系的自振频率也随之增大,但结构的低阶振型基本未变.     

某下承式钢管混凝土拱桥抗震分析

根据郑州黄河公路二桥的结构特点建立了桥梁空间有限元计算模型,计算了该桥考虑吊杆张力和拱肋初应力影响的动力特性和地震响应,并与不计吊杆张力和拱肋初应力影响的桥梁动力特性和地震响应进行了比较.计算结果表明,初应力对郑州黄河公路二桥的频率有一定的影响,但对各阶频率的影响程度不同,对第2阶频率影响最大,下降8.8%;水平地震作用下,初应力对主拱肋的轴力、剪力和弯矩影响不大;主拱肋的内力和变形都满足设计要求,说明该桥抗震性能良好.     

下承式X型双肋拱内倾角度对横向稳定性影响研究

运用空间有限元法,分析了下承式X型双肋拱桥各结构参数与合理内倾角度的关系.通过回归方法,得出了下承式双肋拱桥拱肋合理内倾角度的近似表达式.结果表明:对于下承式双肋拱桥,拱肋内倾时能否提高拱的横向稳定性与拱系的宽跨比、横系梁在拱肋切向平面内的抗弯刚度、横系梁的数量等参数有关.当采用合理内倾角度时可有效提高拱的横向稳定性,并取得较好的经济效益.     

湛河提篮式拱桥空间静力分析

以平顶山市湛河提篮式拱桥为工程实例,采用Ansys有限元软件建立了该提篮拱桥的空间有限元计算模型,分析了拱肋、系杆梁及吊杆等主要构件的受力与变形性能.计算结果表明:该提篮拱桥各构件的受力与变形基本关于跨中对称;全桥除端部2根吊杆张力较小外,其余吊杆张力分布较均匀,具有较大的安全储备;拱肋、系杆梁总体处于受压状态,在吊杆位置处弯矩发生变化,剪力产生突变;全桥以竖向位移为主,最大竖向位移发生在拱顶,拱肋横向位移偏向桥梁轴线方向,系杆梁竖向位移较小,基本维持在水平状态,该提篮拱桥各方向位移数值均小于规范规定的要求,桥梁线形控制较好.计算结果可为同类桥型设计提供参考.     

大跨度钢桁架拱桥的空间地震响应分析

基于多自由度空间体系地震响应分析的基本理论,得到大跨度桥梁的空间地震响应分析方法,并运用线弹性有限元理论将其程序化,分析过程包括桥梁有限元建模、地震动的选择、动力时程分析等。以重庆朝天门长江大桥—三跨中承式连续钢桁架拱桥为例,分别研究大跨度钢桁架拱桥在一致激励和行波效应作用下的地震响应。研究结果表明:对于此类型桥梁的拱肋,在一致激励下,纵向位移最大峰值出现在1/4中跨附近,中跨下拱肋左拱脚处的单元内力峰值最大;竖向地震动和行波效应对结构位移和内力的影响较大。     

多点激励下大跨度连续刚架拱组合桥的空间地震响应分析

新光大桥位于广州新光快速路主干线,是世界上第一座三跨连续钢桁拱与钢筋混凝土V型刚构结合的钢-混凝土组合体系桥梁,主桥跨度为177 m 428 m 177 m,在目前同类型桥梁中,主桥长度位居世界第一. 该桥结构新颖、造型独特. 本文以广州新光大桥为例,详细分析了大跨度连续刚架-拱组合结构桥梁在纵桥向和横桥向地震一致激励和多点激励作用下的地震响应. 研究表明多点激励对主拱肋上、下弦杆以及V型刚架斜腿地震内力响应均有较大影响,而对边拱肋轴力影响很小,并且纵桥向多点激励要比横桥向多点激励对结构的影响要明显.     

拱辅梁桥拱肋合理矢跨比的确定

拱肋矢跨比对拱辅梁桥的力学特性影响大,为寻求其合理范围,以梁拱相同刚度比而不同矢跨比为条件,从自振模态和多遇及罕遇地震作用下结构动力响应角度,结合工程实例,运用时程分析法及多自由度体系简化的滞回曲线,研究矢跨比变化对全桥变位及内力影响的规律,并提出相应的合理设计范围.研究表明,拱肋矢跨比主要影响横桥向、竖向位移及内力,且矢跨比为1/5时桥梁抗震性能最优;对于多自由度体系变位组合中的主要成分得出的简化滞回曲线,由其定性分析得出的结论能与一般时程分析得出的结论一致.     

曲率半径和激励角度对刚构桥地震响应的影响

目的研究曲率半径和地震动激励角度对高墩大跨连续刚构桥地震响应的影响,确定该类桥型的最不利地震激励方向.方法以某跨度为(70+3×127+70)m的公路连续刚构桥为背景进行分析,采用有限元法建立全桥模型,并考虑桩-土相互作用,探讨曲率半径对结构动力特性的影响;采用反应谱法研究地震作用下桥梁结构的内力和位移响应.结果分析结果表明:曲率半径对该类桥的自振特性有较大影响,随着曲率半径的减少,结构的自振频率和整体刚度逐渐降低;在纵桥向激励时,随着曲率半径的增大,桥墩纵桥向的内力及位移均有增大趋势,在横桥向激励时,随着曲率半径的增大,桥墩横桥向的内力及位移变化规律不明显.结论该类桥梁的最不利地震动激励方向并不是纵桥向和横桥向,其最不利地震动激励角度大致为80°和165°.     

地震断裂带高铁钢管混凝土系杆大跨拱桥抗震时程分析

研究了下承式高铁钢管混凝土系杆拱桥抗震性能.徐州至盐城高速铁路客运专线上的钢管混凝土系杆拱桥徐洪河特大桥,是目前八度地震区最大跨度连续梁-拱桥,运用有限元分析软件Midas/Civil,建立全桥有限元模型,通过模态分析得到结构的固有频率和振型,选取El Centro波并对其调幅,采用Rayleigh阻尼进行计算,对该桥进行基本地震烈度和罕遇地震烈度下的动态时程响应分析,得到不同加速度峰值下的变形、内力.研究结果表明:该拱桥以纵桥向振动为主,纵向刚度较小,桥梁三向抗震性能较为平衡.在地震荷载作用下,拱肋内力最大值普遍发生在拱脚处,拱脚是最容易破坏的连接部位.分析在地震荷载作用下该桥梁变形情况,主梁跨中以竖向变形为主,拱肋以横向变形为主.该拱桥在地震作用下的力学性能良好,能够满足规范关于强度与延性的规定.     

考虑拱式拱上结构与主拱圈联合作用影响的连拱计算

在多跨连续拱桥的设计中,现有的连拱计算方法都忽略了拱上结构的影响,而是按裸拱连拱进行计算。但对于我国广泛采用的拱式拱上结构的连续拱桥,由一座模型桥试验表明,拱上结构与主拱圈联合作用的影响较为显著,如拱顶截面的活载弯矩可减小15～25%,拱脚截面可减小25～40%。可见在连拱计算中宜考虑拱式拱上结构的影响。本文通过模型桥试验和理论分析相结合的方法,对这种拱式拱上结构多孔连续拱桥的连拱计算,试图提出与实际受力情况基本相符的计算图式,并在此基础上拟出了一个供讨论和试用的实用简化计算图式。     

大跨度中承式拱桥的耦合频域抖振分析

大跨度中承式拱桥的主拱风荷载相互干扰,其抖振响应具有多模态耦合的特点.文中基于结构的固有模态坐标,考虑风速沿主拱高度的变化,推导了拱桥结构的节点等效气动抖振力公式.同时,考虑作用于主拱的干扰风谱、风载的空间相干性及主桥与主拱的多模态耦合效应,进行了大跨度中承式拱桥的耦合频域抖振有限元分析.最后以重庆菜园坝长江大桥为例,计算了桥梁结构节点位移和单元脉动内力的功率谱密度和方差响应.分析表明,高阶模态对于大跨度中承式拱桥抖振响应具有较大的影响.此类大跨度中承式拱桥的抖振响应中水平脉动风速功率谱和竖向脉动功率谱的贡献较大,交叉脉动风功率谱可以忽略;与SRSS法相比,CQC法更好地考虑了多模态及模态耦合的影响.     

小矢跨比上承式钢提篮拱桥动力及稳定性分析

目的研究小矢跨比上承式钢提篮拱桥的动力特性、稳定性能影响因素及其变化趋势.方法以某上承式钢提篮拱桥为背景,采用有限元软件ABAQUS建立空间有限元模型,模型中对拱肋、主梁、边墩及立柱均采用梁单元建模,桥面板采用壳单元建模.通过改变模型的矢跨比和内倾角,分析其对拱桥自振周期、振型、屈曲稳定系数的影响.结果矢跨比对拱桥自振周期及稳定系数影响较大,随着矢跨比减小,拱桥面外一阶稳定系数先增大后减小;内倾角对此类拱桥的一阶、二阶自振周期和面外稳定系数影响较大,当内倾角α4°,一阶振动的周期随着内倾角α的增加而减小,当内倾角α4°,随着内倾角α的增加,二阶振动的周期逐渐减小,增大内倾角面外稳定性提高.结论得到的不同内倾角和矢跨比下拱桥动力特性和稳定性的变化规律,可为此类拱桥的设计和工程实践提供参考和借鉴.     

考虑非线性影响的下承式钢拱桥地震响应

 为研究下承式钢拱桥的非线性地震响应和损伤机理,结合徐州京杭运河大桥工程,采用考虑非线性的计算方法,分析了下承式钢拱桥在强震作用下的地震响应和损伤情况。结果表明,下承式钢拱桥具有良好的抗震性能,在强震作用下损伤程度不明显;在考虑几何非线性与材料非线性条件下,拱顶面外弯矩显著增大;考虑非线性对结构横向振动与竖向振动位移响应的影响基本一致;下承式钢拱桥在拱脚、风撑端部及拱肋容易发生损伤;风撑作为连接构件是横向地震作用下的薄弱环节,在地震高烈度地区设计该类桥梁时,对上述薄弱环节应予以重视。