客运专线大跨斜拉桥减震方案优化分析

以铁路客运专线大跨斜拉桥实际工程为研究背景,探讨了斜拉桥在纵、横向不同的抗震体系下结构的地震反应特点.通过大量的非线性时程反应分析,对黏滞液体阻尼器的布设位置及力学参数进行了优化分析.结果表明,沿纵桥向在塔梁间设置黏滞液体阻尼器,并合理选择阻尼器的力学参数,可显著降低主塔纵桥向的结构内力、塔顶位移以及塔梁间相对运动位移;沿纵桥向在塔梁间及辅助墩顶同时设置阻尼器则不仅可降低辅助墩及主塔的结构内力,还可有效提高塔顶位移及塔梁间相对运动位移的减震效果;沿横桥向仅在过渡墩、辅助墩顶设置阻尼器可显著降低过渡墩及辅助墩的墩身及其桩基础的横向地震反应.     

中央扣对三塔悬索桥地震反应的影响

针对三塔悬索泰州长江大桥这一特殊桥型,基于Abaqus台建立了该桥的空间动力有限元模型并进行非线性动力分析.研究了地震作用下,缆梁间刚性中央扣对三塔悬索桥塔梁位移、塔柱内力以及塔梁间弹性拉索的影响.研究结果表明:中央扣对三塔悬索桥动力特性有不可忽视的影响;由于中央扣增强了缆梁间相互作用,在地震作用下,中塔横向位移与加劲梁跨中竖向位移均有所增加,中塔柱纵桥向剪力有所减小;中央扣限制了加劲梁纵向位移并减小了加劲梁对中塔下横梁的作用,但边塔柱底扭矩有所增加.     

自锚式悬索桥地震响应及减震控制分析

以长沙三汊矶湘江大桥为研究对象,对自锚式悬索桥的动力特性、地震响应及粘滞阻尼器的减震效果进行分析.基于结构非一致激励地震动方程,建立空间非线性有限元模型,探讨一致输入、行波输入下结构的地震响应.分别以主梁纵向位移、塔底内力为控制目标,研究粘滞阻尼器参数变化对结构减震效果的影响.计算结果表明:地震作用下塔底顺桥向弯矩达117.492 MN·m,对自锚式悬索桥的设计起控制作用;行波效应使得主梁跨中横向位移增大90%,横向弯矩减小60%;结构纵向位移及塔底内力在考虑行波效应后减小10%左右,安装参数合理的阻尼器使主梁纵向位移减小83%,塔底纵向弯矩减小62%,达到良好的减震效果.     

大跨度斜拉桥阻尼约束体系减震优化研究

目的研究在辅助墩和桥塔沿纵桥向布置液体黏滞阻尼器的墩、塔阻尼体系对大跨斜拉桥地震响应的影响,优化同类型大跨斜拉桥的减震体系.方法选取西固黄河大桥主桥为研究对象,基于非线性时程分析法对比4种约束体系下大跨度斜拉桥地震响应的特点,并通过参数分析确定了较为合理的黏滞阻尼器参数.结果辅助墩处的液体黏滞阻尼器分担部分桥塔阻尼器的阻尼力,使总阻尼力减小17.8%,桥塔阻尼器控制结构响应与辅助墩阻尼器控制结构响应基本不耦合;辅助墩与桥塔处液体黏滞阻尼器减震耗能明显,可以避免墩顶支座在纵桥向发生剪切破坏;综合考虑结构的内力和位移响应,西固黄河大桥合理阻尼器参数为:桥塔阻尼系数取12 000k N/(m·s-1)0.4,辅助墩阻尼系数取8 000 k N/(m·s-1)0.4.结论墩、塔阻尼体系可以有效控制大跨斜拉桥的地震响应,相比单独在桥塔处布置液体黏滞阻尼器,墩、塔阻尼体系改善了桥塔和过渡墩的内力.     

地震作用下采用UHPC铺装钢箱梁斜拉桥阻尼器参数优化

为探究采用UHPC铺装的大跨径钢箱梁斜拉桥的结构自重增加对桥梁地震响应的影响,并为其选用合理的约束体系,优化减隔震装置参数。以Ⅷ度区的榕江特大桥为研究对象,采用CSI Bridge有限元分析软件构建了全桥有限元分析模型,开展不同约束体系下桥梁结构地震响应的对比分析,并对纵向设置黏滞阻尼器的最优约束体系进行参数优化;建立地震作用下结构关键截面处地震响应与阻尼器参数间的非线性关系,基于敏感性分析确定阻尼器参数的合理取值。研究结果表明:采用UHPC铺装的大跨径钢箱梁斜拉桥,在地震作用下其塔、墩关键截面处的弯矩、剪力、位移响应值均较采用沥青混合料铺装时的响应值有一定的提高;通过在塔梁间设置阻尼器,可以有效减小由于钢-UHPC组合桥面结构重量增加对桥梁抗震性能带来的不利影响;分析阻尼器参数变化对地震作用下桥梁结构内力响应和位移响应的影响,可看出阻尼系数对其影响占主导地位,速度指数相对较弱。对比各阻尼器参数工况下桥梁结构的地震响应值,最终选定该桥梁结构的黏滞阻尼器参数分别为阻尼系数C=3 000、速度指数α=0.3。该研究可为高烈度地震区相似桥梁结构的约束体系选取及阻尼器参数优化提供参考。     

自锚式悬索桥的减震控制试验研究

为研究独塔自锚式悬索桥在纵向设置粘滞阻尼器后的结构地震响应和减震效果,本文以某独塔自锚式悬索桥为工程背景,按照相似理论,设计制作了1/20大比例缩尺模型,设计了一致输入和行波输入试验工况,进行了在主箱梁与辅助墩之间纵向设置粘滞阻尼器的振动台试验。研究结果表明：在自锚式悬索桥纵向设置参数合理的粘滞阻尼器后,模型桥的纵飘频率变化很小,阻尼比变大,说明粘滞阻尼器对结构提供了一定的阻尼,一致激励工况下,梁端、塔顶位移反应减小,并且主塔底部应力有所减小,具有较好的减震效果;行波激励工况下,行波效应对自锚式悬索桥的结构响应有放大作用,阻尼器在行波激励下起到了很好的减震作用。     

山区大跨度混合梁独塔斜拉桥的合理横向减震体系

针对适合山区河谷地形的典型大跨度混合梁独塔斜拉桥的合理横向减震体系,以金沙江特大桥为工程背景,分析了结构的显著非对称特征、动力特性及地震响应规律.提出了基于影响矩阵的减震体系阻尼器合理参数的计算方法,并以三角形钢阻尼器为例,探讨了其收敛性及影响因素.结果显示：大跨度混合梁独塔斜拉桥横向减震体系下各位置处的阻尼器合理屈服力与相应横向固定体系的支座剪力之间存在着明显的相关性,采用合适的阻尼器初始屈服力和影响矩阵可以有效地提高迭代计算的速度和稳定性.基于辅助墩与边墩的刚度比,探究了不同河谷地形下斜拉桥各墩/塔位置处的阻尼器合理屈服力.当边跨所处河谷边坡较陡峭时,宜在各墩/塔位置处均设置阻尼器,可以较好地控制辅助墩的墩-梁相对位移,并对各墩/塔进行有效减震,而当边跨所处河谷边坡较平缓时,可仅在主塔和过渡墩位置处设置阻尼器,能达到与各墩/塔位置处均设置阻尼器时相似的减震效果.     

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.     

大跨公轨合建斜拉桥主‒引桥地震相对位移响应与控制

基于巴拿马运河四桥研究了公轨合建斜拉桥在地震下的主-引桥相对位移响应与控制问题,分别建立了漂浮抗震设计方案、仅塔梁固结方案和固结方案有限元分析模型,分析了三种约束方案的相对位移响应。基于单自由度振子研究了相邻结构周期比和阻尼特性对结构相邻位移的影响。结合理论与参数分析,研究了主-引桥相对位移的控制方法。结果显示:主、引桥纵向首阶振型周期比、等效阻尼比之比以及阻尼机制对相邻结构的相对位移影响显著,其中周期比对相对位移的影响最为显著。不同粘滞阻尼器布置方案对主-引桥梁端相对位移的减震效果不同,直接在主、引桥梁-梁之间设置粘滞阻尼器有助于改善主桥与引桥梁端位移的同步性,控制效果最好;同时在主桥各墩位处和主、引桥梁-梁之间设置阻尼器的减震效果次之,但易于设计和安装,适应性好。     

粘滞阻尼器参数在连续梁桥地震反应中的响应分析

结合甘肃某高速公路一连续梁桥为背景建立Midas有限元分析模型,采用非线性动力时程分析法进行地震响应分析;在设置粘滞阻尼器后通过采用不同的阻尼系数组合工况对受到地震波作用的桥梁结构,对其墩底内力和梁端位移进行分析比对,得出论述当中实际桥梁工程案例设置粘滞阻尼器的最优阻尼系数,分析比较设置阻尼器前后的减振效果.结果表明,粘滞阻尼器在连续梁桥的抗震设计中有优越的性能,对梁端的位移、固定墩墩底剪力和固定墩墩底的弯矩明显减小;阻尼器的布置方案对桥梁抗震性能影响较为明显.     

大跨度公铁两用斜拉桥阻尼器参数研究

以我国正在建设的某大跨度公铁两用斜拉桥为背景,分析研究了在地震荷载和列车制动力作用下,塔梁之间采用阻尼装置的结构动力响应.计算结果表明,塔梁之间采用液压阻尼装置,能较好地解决温度、列车制动力和地震荷载作用下大跨度公铁两用斜拉桥的受力问题,而选取合理的阻尼参数可以有效控制梁体的纵向位移.     

强震作用下斜拉桥纵桥向非线性地震反应分析

为研究斜拉桥在纵桥向强震作用下的抗震性能,对某具有一定代表性的中等跨度斜拉桥,通过线性能力需求比的确定,合理引入能考虑塑性发展的非线性弹塑性单元,研究纵桥向强震作用下桥梁各主要构件的塑性发展状况及其对全桥地震反应的影响.结果表明:在强地震动作用下,桥塔、墩等构件的塑性发展不但与地震波的特性还与地震波的强度相关;斜拉桥的桥塔存在先于辅助墩和边墩屈服的可能性;桥塔屈服将显著减小塔柱下部结构的地震需求.由此得到以下结论:在强震作用下,需考虑桥塔的非线性地震响应及其对桥梁整体抗震性能的影响;以目前的工程设计来看,在纵桥向强震作用下,桥塔、墩各截面仍有一定的塑性能力储备.     

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.     

隔震桥梁结构的简化反应分析及设计参数研究

在规则隔震桥梁结构简化为2自由度系统的基础上,利用等效线性化方法进一步将以隔震模态为主的2自由度隔震桥梁结构简化为双线性的单自由度隔震系统,考虑了隔震支座的双线性特性,并计入了隔震支座下部结构质量及墩柱粘滞阻尼比等参数对结构响应的影响,提出了相应的计算力学模型,重点讨论了隔震支座的剪切位移延性、硬化刚度比、隔震桥梁结构的质量比、隔震模态周期、墩柱周期及其粘滞阻尼比等参数对隔震桥梁结构在近场地震作用下非线性动力响应的影响,并对隔震支座设计参数的选取给出了合理的选择标准.     

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。     

基于变形协调原理的多塔斜拉桥非边塔纵向抗推刚度

为深入探寻多塔斜拉桥刚度特征,将斜拉索对桥塔的约束比作弹簧刚度这一理念引入多塔斜拉体系.选取多塔斜拉桥的最典型形式——三塔斜拉桥建立弹簧刚度等效模型,基于变形协调原理,求解多塔斜拉桥非边塔纵向抗推刚度,对推导的公式进行算例验证,并分析结构主要参数对桥塔纵向抗推刚度的影响.研究结果表明:对非边塔左跨施加均布荷载时,本文推导公式的非边塔塔顶偏位解与已有文献有限元解间的误差在6.82%以内,说明本文推导的非边塔纵向抗推刚度公式能够反映多塔斜拉桥桥塔的刚度特征,符合多塔斜拉桥概念设计的要求;非边塔纵向抗推刚度与桥塔自身刚度、主梁刚度、拉索与主梁夹角、拉索线刚度和桥塔拉索锚固间距等因素有关.     

大跨度斜拉桥的抗震概念设计

基于斜拉桥的基本动态性能的分析 ,结合地震位移反应谱和加速度反应谱 ,并利用飘浮体系简化分析模型 ,从结构体系的设计中 ,提出了斜拉桥的抗震概念设计方法 .考虑通过改善桥塔结构形式 ,有效地控制桥塔和桥墩承担的地震力和上部结构的地震位移 .并通过对某桥梁工程进行抗震分析 ,提出了立体桥塔的抗震设计方案 ,并验证了改进方案可以在很大程度上提高超大跨度斜拉桥的抗震性能     

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.     

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.     

行波效应对弱对称双塔斜拉桥地震响应的影响

文中推导了大跨度桥梁考虑行波效应影响的分析模型以及求解方法,介绍了大型有限元程序中实现行波效应的方法：大质量法与相对位移运动法。以某一实际公路大跨度斜拉桥为工程实例,分析了在不同波速及不同地震波输入方向的行波效应对斜拉桥主塔地震响应的影响。结果表明,当斜拉桥纵向对称性不强时,不同地震波输入方向的行波效应产生的桥梁结构响应并不相同。当进行纵向非对称桥梁行波效应分析时,应考虑不同地震波输入方向对桥梁结构响应的影响。