不同场地条件下连续梁桥锁死销减震应用研究

介绍了利用地震动加速度激活的锁死销装置,其核心思想是通过在墩梁间设置锁死销,实现地震时限制滑动墩和梁体的相对位移,利用滑动墩的抗震潜能协同固定墩共同承受地震水平力,提高桥梁抗震性能的目的.结合工程实例,研究了不同场地条件下锁死销的减震效果,同时分析了不同场地条件对锁死销合理参数选取及墩高适用性的影响.研究结果表明:设置锁死销结构的连续梁桥可以有效地减小固定墩和梁体的纵向地震响应,明显提高连续梁桥的整体抗震性能;锁死销参数取值范围受场地条件影响较为明显;利用锁死销进行减震设计,对于Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类场地具有很好的适应性,但对于I类场地,常规设计的连续梁桥减震效果不明显,中等高度或高墩桥梁减震效果较好.     

非规则连续梁桥应用锁死销减震控制

为解决地震荷载作用下连续梁桥固定墩因单独承受上部结构纵向地震荷载而受损的问题,设计安装于滑动墩和梁体之间的锁死销减震装置,以便在地震突发时协同固定墩和滑动墩共同承受纵向地震荷载,提高连续梁桥整体抗震性能。鉴于非规则连续梁桥各墩抗侧移刚度差异较大,为合理利用非规则连续梁桥各滑动墩的抗震潜能,研究非规则连续梁桥利用锁死销减震的控制方式。以某七跨非规则连续梁桥为研究对象,建立有限元模型,分析非规则连续梁桥应用锁死销减震的地震响应。在此基础上,基于各桥墩抗侧移刚度相近和各墩承受最大剪力相等的原则,通过调整锁死销的连接刚度和滑动极限承载力,对非规则连续梁桥锁死销减震进行优化。研究结果表明:非规则连续梁桥利用锁死销减震可显著提高连续梁桥抗震性能,但会出现地震荷载向矮墩集中的现象。调整锁死销连接刚度和滑动极限承载力可有效调整各滑动墩所承受的地震荷载,避免矮墩集中损伤的出现,达到各墩协同受力的效果。     

长联大跨连续梁桥锁死销减震布设方法研究

为明确长联大跨连续梁桥应用锁死销减震的布设方法,以某铁路主桥(62.5+5×96+62.5)m连续梁桥为工程背景,利用ANSYS建立整体有限元模型,以四种地震波为激励源,对不同锁死销布设数量连续梁桥的地震响应进行非线性时程分析,探求连续梁桥滑动墩墩顶锁死销布设数量的取值范围,进一步以不同墩高、不同跨数的连续梁桥为研究对象,对研究所得锁死销布设数量取值范围进行适用性分析,并研究了锁死销最佳布设位置.结果表明:长联大跨连续梁桥利用锁死销减震可明显改善连续梁桥抗震性能,锁死销布设数量取值范围较为宽泛.当锁死销布设数量小于墩台数量时,在固定墩两侧及紧邻端部墩台的桥墩上进行锁死销布设可取得最佳减震效果.     

应用正交法的锁死销减震效果影响因素研究

为充分利用活动墩的抗震潜能提高连续梁桥的整体抗震性能,提出了加速度激活的锁死销减震装置.为明确影响连续梁桥锁死销减震效果的影响因素,结合某七跨等高连续梁桥,对激活阈值、锁死间隙、桥墩高度、场地类型和连接刚度5个影响因素进行研究,其中每个影响因素安排了5个水平,运用正交试验设计原理,进行了相关数值模拟试验,分析了锁死销的减震效果,并通过极差分析找到了影响减震效果的主要因素和次要因素,给出了锁死销应用的分析步骤.进一步研究了主要因素激活阈值的取值范围和连接刚度对减震效果的影响规律,研究表明,墩顶加速度与桥墩自振周期密切相关,根据桥墩自振周期即可确定激活阈值取值范围;锁死销连接刚度的改变对减震效果具有一定影响,连接刚度越大,连续梁桥应用锁死销减震效果越好.     

大跨度铁路连续梁拱组合桥地震响应及减震特性

为研究大跨度铁路连续梁拱组合桥梁的地震响应及减震特性,以兰渝线上某连续梁拱组合桥为例,建立了考虑桩土共同作用的桩-墩-梁-拱一体化有限元模型.利用反应谱和时程分析法探讨该桥的地震响应规律,分析了高阶振型、几何非线性、行波效应等因素的影响,并对该桥设置速度锁定装置后的减震效果进行了分析.研究结果表明:两种分析方法下该桥最大内力均出现在拱脚处;截面内力主要由低阶振型(前30阶)控制,高阶振型的贡献较小;随行波视波速的增加,拱桥不同位置的地震响应值有较大变化;速度锁定装置能显著减小固定墩的墩顶位移和墩底内力,其内力最大减幅可达24.56%.     

地震行波输入下连续梁桥支承长度的参数分析

根据多跨连续梁桥的主要结构特点,提出了地震行波效应分析的多跨连续梁桥分析模型．采用绝对位移法建立多点输入的运动平衡方程,并应用非线性时程方法对行波输入下地震反应的支承长度进行了参数分析．结果表明：系统的基本周期大小、滑动支座摩阻系数、过渡墩的基本周期以及行波输入延时对地震反应的支承长度有重要影响;同时考虑行波效应的多点输入与地震动一致输入的计算结果有较大的差别,行波效应会使墩梁相对位移明显增大,相应地也增大了地震作用下支承长度的需求．     

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.     

高墩大跨连续刚构桥地震反应的行波效应研究

运用大型结构分析程序Midas/civil在地震波作用下,对某一实际高墩大跨连续刚构桥的地震反应的行波效应进行了时程分析的数值模拟,分析了高墩大跨连续桥在顺桥向地震波作用下不同的相位差的行波效应,以及行波效应对桥梁高低墩墩差产生的影响.结果表明:行波效应对高墩大跨连续桥的影响很大,桥梁高低墩墩差越大行波效应越明显,高墩大跨连续桥在抗震设计时应考虑行波效应.     

桥梁铅销橡胶支座减震效果的影响因素研究

建立了各墩台高度相等且与地基固结的连续梁桥模型,采用自主开发的"桥梁结构非线性地震反应分析程序",对影响公路连续梁桥铅销橡胶支座减震效果的因素进行了正交试验计算分析,并对计算结果进行了方差分析,证明了支座铅销面积和桥墩高度是影响减震效果的2个显著性因素;分析了支座铅销面积对减震效果的影响规律,结果表明,改变各墩台支座的铅销面积比可在一定限度内调节地震作用下位移与内力响应在各墩台之间的分配;计算了8°,9°设防烈度和Ⅰ,Ⅱ类场地土条件下不同桥墩高度时模型桥的最大减震率,给出了相应设防烈度和场地土条件下铅销橡胶支座能实现30%减震率的最大桥墩高度,提出了一个无量纲常数--界限常数,据此常数可以判断出一定设防烈度和场地土条件下连续梁桥是否可以采用铅销橡胶支座进行减震设计实现30%的减震率.     

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.     

考虑地震动空间效应的城市高架桥梁地震碰撞响应分析

分析了地震动空间效应对城市高架简支梁桥和多跨连续梁桥地震碰撞响应的影响．拟合了与规范反应谱相一致且考虑空间效应的人工地震波；建立了两种桥型的有限元模型；数值仿真并比较分析了一致激励以及仅考虑行波效应、仅考虑部分相干效应和同时考虑行波效应与部分相干效应的非一致激励等4种激励情况下，两种桥型的非线性地震碰撞响应．结果表明：地震动空间效应对桥梁地震碰撞响应的影响显著，且对连续梁桥的影响更为明显；考虑地震动空间效应会使桥梁的撞击力明显增大，同时考虑行波效应与部分相干效应时增幅最大；随着视波速的提高，地震动空间效应的影响逐渐减弱．因此，在城市高架桥梁地震碰撞响应分析中，必须考虑地震动空间效应的影响.     

高速铁路连续梁桥地震碰撞效应研究

以新建高速铁路客运专线三跨连续梁为研究对象,建立典型桥跨结构的空间动力分析模型。选取3条地震波,采用非线性动力时程分析方法,详细研究了考虑碰撞效应时连续梁桥的地震响应特性。结果表明:随着间隙单元初始间隙的减小,相邻梁发生碰撞的次数增加,碰撞力峰值也逐渐变大;当峰值加速度较低时,碰撞效应对连续梁固定墩的位移及内力响应的影响较小,但采用较大的峰值加速度时,碰撞效应对连续梁固定墩的位移及内力响应的影响比较显著。     

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。     

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.     

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.     

两跨连续梁模型桥地震响应影响因素研究

以公路钢筋混凝土连续T梁桥为背景,结合振动台试验所用两跨连续梁模型桥地震响应,开展跨径、跨数、斜交角对该模型桥地震响应影响的数值研究,结果表明:在纵向地震输入时,跨径增加,支座水平剪力越大,墩梁纵向相对位移越大;跨数越多,支座和桥墩受力越大,远离固定墩侧的墩梁相对位移提高;斜交角增大,支座和桥墩受力由单向变为双向,纵向地震响应降低而横向地震响应不断增长;跨数和跨径增大时,主梁加速度响应的变化与地震动特性有关,而斜交角增大则纵向加速度不断减小.     

山区公路桥梁高性能板式减震橡胶支座振动台试验

为探究高性能板式减震橡胶支座对山区常见不等墩高中小跨径连续梁桥的隔震效果,对一座采用该类隔震支座隔震的、桥墩刚度不等的两跨连续梁桥简化模型进行了纵桥向振动台试验.采用多烈度多设防水准的人工波、Northridge地震波作为激励,分析各类地震下隔震模型的支座变形表现及结构关键位置响应的变化规律.试验结果表明该类支座的隔震效果可使主梁加速度相比台面减少达58%,且其翘曲滚动变形足以适应结构在9度E2地震作用下的墩梁相对位移,震后还可回复,无残余位移,可以用于此类山区公路桥的隔震.     

长联大跨复杂桥梁抗震设计及其方案优化

长联大跨连续梁桥因其跨越能力大、伸缩缝少等优点,应用较为广泛,且跨径联长有不断增大的趋势。该类桥梁在地震作用下的地震响应较为复杂,并且温度变形较大,受减隔震方案的支座选取及约束体系影响较大,在抗震设计时应予以考虑。本文以某长联大跨复杂连续梁桥为研究对象,建立有限元模型,对其抗震性能进行分析。结果表明:采用常规的设计方案不满足抗震要求,需进行减隔震设计。分别设计了单墩固定和双墩固定两种形式的墩梁连接方式,并从温度作用下产生的附加内力、伸缩缝位移、支座和墩柱的地震响应、减震率等方面进行了系统的对比分析,提出最优减隔震方案。分析表明:双墩固定方案的地震响应相对于单墩固定方案稍小,减隔震效率相对较高,且伸缩缝位移相对较小;双面摩擦摆+黏滞阻尼器方案地震响应最小,减震效果最好,但阻尼器易漏油,维护成本高;钢支座(边墩)+高阻尼橡胶支座(中墩)方案支座剪力偏大;综合考虑温度变化影响、地震响应、减震效果以及减隔震方案的可维护性和经济性等各方面的影响,双墩固定的钢支座(中支座)+高阻尼橡胶支座(边支座)方案较优。     

梁桥非线性随机地震响应的概率特性

为了分析随机地震作用下桥梁结构非线性响应的概率特性,采用Monte-Carlo数值模拟的方法,并利用弹塑性纤维梁柱单元模型模拟梁单元的非线性行为,对连续梁桥在不同地震峰值加速度作用下的非线性位移及内力时程响应进行了研究.得到了:墩顶位移非线性包络响应服从对数正态分布;桥墩轴力非线性包络响应的概率分布介于对数正态分布和极值I型分布之间;墩底剪力和弯矩非线性包络响应近似服从正态分布;墩底曲率非线性包络反应服从对数正态分布.研究表明:在相同场地条件下,地震峰值加速度的变化不影响结构非线性响应的分布类型,但对非线性响应的变异性影响较大.     

采用摩擦摆支座的超大跨连续梁桥隔震效果

为了研究超大跨连续梁桥采用摩擦摆支座的隔震效果,以某主跨为240 m的七跨钢-混凝土连续梁桥为工程背景,建立桩土相互作用动力分析模型,采用非线性连接单元模拟盆式滑动支座及摩擦摆支座的非线性受力性能.非线性地震响应分析结果表明:采用传统抗震体系时,超大跨连续梁桥的固定墩及其桩基础的内力需求非常大;采用摩擦摆支座的隔震体系可以减少固定墩及其桩基础内力约40%,并显著改善其他桥墩的地震力分配.摩擦摆支座对超大跨连续梁桥的减震机理主要体现为:延长结构自振周期、减小固定墩有效振动质量、改变地震力传递途径、增强附属装置耗能,从而显著地改善了超大跨连续梁桥的地震响应.