独塔部分斜拉桥顺桥向地面运动作用下的易损性分析

以墩塔梁固结的独塔预应力混凝土部分斜拉桥为对象,采用动力增量法和数据统计分析研究该类桥梁的地震易损性,确定顺桥向地面运动作用下结构构件的易损部位及损伤破坏概率.采用理论易损性分析方法,选取地面峰值加速度作为地震输入强度指标,并以放大系数为基础选取地震输入;以位移延性比、强度与变形、相对位移、索力为指标分别定义了各构件的损伤状态;根据各构件的损伤概率,拟合建立了各构件及全桥的易损性曲线.结果表明,在顺桥向地面运动作用下,中墩和支座为最易损构件;边墩、主梁均会发生不同程度的损伤;斜拉索、桥塔、桩基安全储备较高.     

风雨共同作用下斜拉桥纵桥向反应特性研究

目的研究强/台风雨对斜拉桥结构纵桥向反应特性的影响.方法应用谐波叠加法模拟风荷载时程曲线,以此为基础,提出斜拉桥雨荷载计算方法.利用Midas Civil建立斜拉桥空间有限元模型,对其自振特性进行分析,采用单独风荷载作用及风雨共同作用对全桥纵桥向进行动力响应分析.结果主梁沿顺风向发生"漂浮";考虑雨荷载影响后,主梁竖向位移、竖向加速度、索塔塔顶加速度和梁端加速度的最大增大量分别约为11%、10%、10%和13%.并且随着风级的增加,雨荷载的影响程度呈减小的趋势.结论考虑雨荷载影响后,主梁竖向位移和加速度、主梁梁端水平加速度和索塔塔顶加速度均有不同程度的增加.在桥梁设计时,应该考虑雨荷载对桥梁结构的不利影响.     

异型钢结构主塔斜拉桥的动力特性及地震响应分析

研究了某异型钢结构主塔斜拉桥的动力特性及地震响应.结合涡河三桥水滴形钢结构主塔斜拉桥的工程设计实例,采用大型有限元程序ANSYS建立整桥的等效梁索计算模型,研究了整桥的自振动力特性.选用ELCentro地震波输入,采用时程分析法对主塔进行了地震响应分析.结果表明:主梁、主塔的横桥向抗弯刚度较顺桥向小,主塔竖向刚度较大;在三向地震波激励下主塔的横桥向、顺桥向、竖向位移以及钢-混结合处的弯矩均能满足要求.研究结果为其抗震设计与施工提供了参考.     

合肥市铜陵路无背索斜拉桥空间应力有限元分析

合肥市铜陵路桥是一座单塔无背索预应力混凝土斜拉桥,该桥是一种新型的桥梁结构形式,它利用倾斜的塔柱自重与来自主梁的荷载相平衡。由于其设计和施工没有背索,难度增大,需要对其建立空间实体模型进行应力分析。通过对该桥空间应力有限元分析,再现了大桥成桥状态下各构件的应力和变形情况。     

三塔单索部分斜拉桥模型试验研究

以福州市浦上大桥三塔单索部分斜拉桥主桥为原型,设计制作1∶40缩尺有机玻璃模型,开展三塔单索部分斜拉桥全桥有机玻璃模型试验和有限元结构分析,研究全桥弹性阶段结构受力性能.重点测试模型主梁变形、纵横向应力、桥墩和桥塔截面应力和支承反力,并模拟斜拉索换索状态,测试换索时结构受力性能变化情况.研究结果表明:三塔单索部分斜拉桥具有独特的受力特性,由于斜拉索的弹性支承能够承担部分活载作用,使主梁截面高度减小,结构轻巧优美、整体受力合理;但在换索时主梁应力明显增大,且变形增加约20%.     

大跨度斜拉桥地震反应MR阻尼器半主动控制

应用新研制的MRF-04K型磁流变阻尼器对大跨度斜拉桥的地震反应实施半主动控制．建立了多点不同步地震激励下大跨度斜拉桥MR阻尼器控制的运动方程，采用子空间模态分析法建立了适合大跨度斜拉桥地震反应控制分析的瞬时最优控制算法，数值仿真结果表明，不同地震波激励下斜拉桥的反应幅值相差很大，且在天津波激励下的反应幅值最大，说明大跨度斜拉桥的地震反应对地震波的频谱特性十分敏感；当受El—Centro波激励时，主跨跨中顺桥向位移幅值降低57．0％，塔顶顺桥向位移幅值降低67．5％，主跨跨中竖向位移增大28．3％；行波效应对斜拉桥地震反应的控制效果影响明显，其中主跨跨中和塔顶顺桥向位移响应更加减小，而主跨跨中竖向位移会有所增加．     

斜拉桥索力优化的强次可行SQP法及地震分析

为研究复杂大跨度斜拉桥索力优化问题及探讨拉索索力对斜拉桥地震响应的影响,提出采用新型强次可行序列二次规划算法(SQP),建立非线性数学规划模型,进行自动搜索求解合理成桥索力,并以不同索力工况进行地震动力数值模拟分析.结论表明:新型强次可行SQP法适用于复杂的大型斜拉桥索力优化问题,计算结果与设计索力吻合良好,成桥状态主梁弯矩分布均匀,主塔接近轴压受力,结构变形远小于规范限制.地震作用下,优化的拉索索力可有效改善主梁弯矩分布不均匀现象,限制主梁跨中纵向变形和主塔横向变形,使整个结构在地震中更加安全.     

大跨度曲线斜拉桥的地震响应分析

为了研究不对称双塔单索面大跨度曲线斜拉桥的地震响应,以工程实例为背景,通过MIDAS建立全桥的空间结构模型,运用多重Ritz向量法进行结构动力特性的计算,采用了反应谱分析的方法,对曲线斜拉桥在三向地震激励作用下响应进行研究.结果表明:该桥首阶振型为主梁竖向弯曲,而且主梁在三向地震作用下变形和内力响应均很大,说明塔梁固结,塔墩分离体系的曲线斜拉桥主梁的振动问题突出,应作为抗震设计的重点.基于地震响应对桥梁的不利影响,提出了一些抗震减震的措施,为实际桥梁工程中提供参考依据.     

超大跨斜拉桥地震行波效应分析

对多点激励下的振型方程进行了推导,简化成类似于一致激励下的振型方程形式,导出多点激励下的振型参与系数和振型等效地震波,从而可由反应谱判断多点激励对结构振动的影响.以一座试设计的主跨1 400m斜拉桥为例,采用振型分析法分析了考虑行波效应的超大跨斜拉桥振动机理。通过拟静力法分析了行波效应引起的各支承点地震动位移的差异对超大跨斜拉桥结构变形的影响,同时,利用位移输入法,对超大跨斜拉桥进行了地震时程分析,研究了行波效应对超大跨斜拉桥顺桥向耗能体系地震损伤的影响.研究结果表明:行波效应减小了耗能辅助墩的耗能作用,增大了桥塔的地震损伤,对超大跨斜拉桥顺桥向耗能体系地震反应的影响是不利的.视波速为1 000~3 000m·s-1范围内的长周期地震动作用下行波效应的影响尤为显著,因此在超大跨斜拉桥地震反应分析时必须考虑.     

考虑结合处弯矩限值的混合梁斜拉桥索力优化

根据混合梁斜拉桥的结构特点,考虑混凝土主梁和钢主梁结合处弯矩的限值,利用有限元方法建立混合梁斜拉桥成桥索力的优化模型.以塔梁的弯曲和拉压应变能之和为目标函数,以斜拉索的初张力为设计变量,成桥索力和主梁钢混结合处的弯矩为约束条件,结合ANSYS优化模块中的零阶和一阶方法进行求解,确定合理成桥状态下的索力.在优化过程中,改变结合处弯矩的限制范围,分析成桥下的内力和位移随限制范围变化的规律.通过一座单塔斜拉桥算例计算表明:将弯矩限值控制在0.3～0.5倍的主梁最小和最大弯矩范围内,得到的成桥状态最合理.索力从塔至边墩呈均匀增长趋势,主梁弯矩图变化平顺,结合处弯矩较小.     

大跨度斜拉桥在多点随机地震激励作用下的响应分析

以南京第二长江大桥南汊桥为例,采用随机振动分析方法研究了地震动的空间变化特性,包括行波效应、部分相干效应以及局部场地效应对大跨度斜拉桥地震响应的影响.研究结果表明:与一致地震激励相比,地震动的空间变化特性可以使斜拉桥的地震响应改变30%;同时考虑行波效应、部分相干效应时的地震响应接近于仅考虑行波效应时的地震响应;行波效应对斜拉桥地震响应的影响明显大于部分相干效应的影响;在加速度均方根相同的随机地震作用下,斜拉桥在软场地条件下的地震响应明显大于在硬场地条件下的响应,中等场地条件下的地震响应介于两者之间.     

强震下钢筋混凝土连续梁桥非线性动力响应分析

为了探索连续梁桥的地震损伤演化和破坏历程,在连续梁桥1∶3模型地震振动台台阵试验基础上,对该模型桥进行了非线性动力响应分析,考虑了主梁与桥台间以及横向挡块之间的碰撞效应对地震响应的影响,弥补了模型试验未考虑碰撞效应的不足.分析结果表明:数值分析结果与振动台试验结果较为吻合,两跨连续梁模型的主要破坏模式为墩柱破坏,中墩墩底为关键截面;纵向地震动作用下该模型结构加速度反应谱小于17.4 m/s2则结构不发生倒塌破坏;若考虑桥台对主梁的纵向约束作用,则主梁加速度响应增加、主梁位移减小、墩柱受力减轻,且该约束作用随接触间隙减小而越发显著;若考虑梁和挡块之间的碰撞,则主梁加速度增大,墩柱受力随着间隙的增加而增加.该研究成果可为后续连续梁桥的抗倒塌设计和抗震加固提供参考.     

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.     

E2地震作用下混凝土塔与钢横梁连接处受力性能分析

本文以某一实际斜拉桥为工程背景,利用Midas整体模型计算出在E2地震荷载作用下混凝土塔与钢横梁连接部位应力较为集中。首先运用大型通用有限元软件——ANSYS模拟出混凝土塔与钢横梁连接部位的受力状况,再采用时程分析法在E2地震荷载作用下计算出所研究部位的顺桥向、横桥向、竖向的结构效应。研究结果表明混凝土塔与钢横梁连接部位在E2地震荷载作用下不仅受力复杂、应力集中,且材料特性的突变也会产生较为显著的影响,因此在以后处理类似的问题时应做专题研究。     

超大跨径斜拉桥斜拉索局部振动对地震反应的影响

在以往的斜拉桥地震反应分析中,大都采用单桁架(SECS)模型来模拟斜拉索,不能反映斜拉索的局部振动的影响.以世界第一跨度斜拉桥——苏通大桥为背景,采用多桁架(MECS)模型来分析斜拉索局部振动对超大跨度斜拉桥地震反应的影响,并探讨了斜拉索的合理单元划分方式.结果表明,斜拉索划分为10个单元已能够很好地反映斜拉索局部振动的影响.考虑斜拉索局部振动之后,会出现索梁耦合振型,减小一些振型的参与系数,基频与主梁的竖向振动相近的斜拉索在地震作用下大幅振动,而主梁和主塔的内力反应普遍减小,特别是主塔的地震轴力明显减小.     

独塔斜拉桥模型地震模拟振动台台阵试验

为了研究独塔斜拉桥在强震作用下的地震响应特性,设计制作缩尺比例为1∶30的半漂浮体系独塔斜拉桥结构模型,进行不同地震动作用下多点激励的地震模拟振动台试验.研究结果表明:支座破坏是半漂浮体系独塔斜拉桥缩尺模型在强震作用下的一种主要破坏模式;与只考虑单向水平地震波的情况相比,考虑双向水平地震波同时作用对半漂浮体系独塔斜拉桥的加速度响应影响显著,而对动位移响应的影响较小;在双向水平地震波作用下,主梁跨中会发生不可忽略的竖向加速度响应,卓越周期较长的地震波对半漂浮体系独塔结合梁斜拉桥缩尺模型更具破坏性,强震下斜拉索要承受远大于初始索力的瞬时索力.     

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.     

大跨双层斜拉桥地震响应控制

以目前跨度最大的双层公路斜拉桥——闵浦大桥为例,基于Abaqus平台建立非线性动力分析模型,研究了非线性粘滞阻尼器、弹性/非弹性连接对该桥地震响应的减震控制效果.多组非线性时程分析研究表明:塔梁间的非线性粘滞阻尼器增大了下塔柱纵桥向弯矩和剪力,对上塔柱影响较小;阻尼指数一定的情况下,塔底纵桥向剪力和弯矩随阻尼系数的增加而增大.由于大跨斜拉桥的振动模态具有密集、低周期的特点,因而其地震响应受地震输入的影响较大;塔梁间增加弹性/非弹性连接会影响桥梁的纵漂振型,进而影响结构的地震响应,因此塔梁间增加弹性/非弹性连接的减震效果取决于输入地震特性以及塔梁间增加弹性/非弹性连接后的动力特性.文中提出采用非弹性连接参数的联合分布以分析其对地震响应的影响,非弹性的初始刚度和屈服位移联合作用对主梁地震响应的影响较为复杂,文中研究表明,其屈服位移对桥梁地震响应的影响较为明显.     

多损伤场景下大跨径斜拉桥易损性

为了研究大跨径双索面斜拉桥易损斜拉索部位,进一步优化结构健康监测传感器布置方案,基于大跨径斜拉桥结构特点及受力性能,以斜拉桥主梁屈曲安全系数和应力安全系数为评价指标,以大跨径全漂浮分肢柱式塔四索面分离式钢箱梁斜拉桥为依托,采用有限元分析软件,分别采用Beam4梁单元和Link10桁架单元模拟塔/梁构件和拉索构件,建立该斜拉桥的三维有限元空间模型;计算分析了拉索整体性能退化、单根断索、单对断索3类损伤场景下149个工况的主梁屈曲安全系数和应力安全系数。分别考虑结构损伤比例和所造成损伤程度,采用Pareto多目标评价方法,根据结构最小损伤比例作用所造成结构损伤程度最大的优化原则,分别研究了3类损伤场景下斜拉索的易损性,确定了易损斜拉索的部位。研究结果表明:成桥拉索索力随着索长的增加而逐渐增大,内侧索力基本大于外侧索力;拉索整体性能退化程度从无损伤到损伤增加至30%,主梁屈曲安全系数呈线性增大趋势,应力安全系数呈线性减小趋势,但二者变化幅度均较小;单根断索或者单对断索损伤场景下,易损拉索为中跨10~#、边跨6~#,较易损拉索为1~#～5~#、7~#～9~#等。该结果可为研究双塔双索面钢箱梁斜拉桥斜拉索的易损薄弱部位,布控长期监测传感器和提高结构安全性提供科学依据和参考。     

肥西青龙桥地震分析

考虑几何非线性因素的影响,利用大型结构分析程序Midas,以一座单塔单索面预应力混凝土斜拉桥为背景,进行动态时程分析。此类宽桥与一般斜拉桥的地震反应存在一定的差异,该文分析了此类桥在地震波作用下的地震动反应,并证明了该桥的抗震能力有保证,其计算过程对此类宽塔斜拉桥的抗震设计有重要的参考价值。