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。     

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.     

大跨度渡槽考虑流固耦合的纵向地震响应分析

以大跨度简支梁式渡槽为对象,研究其在纵向地震一致激励,以及考虑行波效应时的纵向流固耦合响应.研究表明槽墩墩顶与槽身之间的纵向错动位移值在有行波效应时明显大于激励一致的情况.因此,行波效应更容易导致渡槽纵向失稳破坏.并且槽墩墩顶与槽身之间的纵向错动位移的最不利情况都是纵向约束在高墩一侧两端支撑不等高的渡槽.因此,设计时应避免.另外,对纵向稳定最有利结构在一致激励情况下是纵向约束在矮墩一侧两端支撑不等高的渡槽结构,而在激励存在行波效应情况下是两端支撑等高的渡槽结构.     

行波效应对大跨度空间网格结构地震响应的影响

建立了一系列的标准正方形平板网格模型,分别采用时程分析法和随机振动虚拟激励法分析了不同跨度的网格模型在不同视波速的行波激励下的地震响应,并与一致激励下的地震响应进行了对比．结果表明,行波效应对网格结构杆件应力的影响随行波视波速的减小而增大,且对不同位置杆件的应力值的影响有所不同;当行波视波速小于500m／s时,行波效应对跨度大于60 m的网格结构控制杆件内力的影响程度大于lO％;当行波视波速一定时,行波效应对杆件控制内力的影响随网格结构跨度的增大而增大,不同地震激励下的行波效应差别很大．可见,行波效应对大跨度空间网格结构地震响应的影响显著;在空间网格结构抗震设计中,当结构跨度大于60 m、行波视波速小于500 m／s时,必须考虑行波效应对网格结构控制杆件内力的影响．     

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.     

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.     

超高墩对山区三塔斜拉桥力学响应的影响

多塔斜拉桥是跨越宽阔水面和山谷的一种可行方案。然而,山区多塔斜拉桥的超高桥墩会改变全桥结构的整体刚度,使其力学响应有别于普通的多塔斜拉桥。为研究超高墩对三塔斜拉桥力学行为的影响程度,以某在建的超高墩三塔斜拉桥为例,首先确立了力学响应指标和计算方法,然后分析了桥墩高度、桥墩高差、主梁刚度和主塔刚度对塔顶位移、墩底弯矩、跨中挠度等结构响应的影响规律。结果表明:当桥墩高度增加时,车道荷载和温度荷载所引起的墩底附加弯矩会随之减小,而塔顶的纵向位移和主梁的跨中挠度随之增大;桥墩高差对桥墩的内力影响很大,高差较大时,矮墩会承受更多的弯矩;提高主塔刚度能够更有效的控制结构位移。     

CFRP索斜拉桥地震波行波效应分析

碳纤维增强聚合物(CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳等优良性能,在大跨度桥梁中将会广泛应用.对跨度大或延迟时间长的结构需考虑行波效应的影响,且其对CFRP索斜拉桥和普通斜拉桥影响程度也不相同.因此,为研究CFRP索斜拉桥在地震波行波效应下的动力性能,以某一大跨度斜拉桥为背景,建立模型,按照等强度原则将钢索换为CFRP索,计算并获得CFRP索斜拉桥在地震波一致激励和多点激励作用下的位移、应力及分别对应的时程曲线.计算结果表明,行波效应对CFRP索斜拉桥地震响应有显著的影响,使得该桥的时程曲线发生了较显著的变化,塔根效应增加显著,结构部分位移增长非常显著,对轴力影响比对剪力的影响更为明显,因此在大跨度CFRP索斜拉桥的设计分析中必须考虑行波效应的影响.     

独塔自锚式悬索桥地震响应分析

以佛山市平胜大桥为研究对象,采用空间非线性有限元法,研究了独塔自锚式悬索桥的地震响应特性;考虑了一致输入、行波输入、多点输入这3种地震动模式以及多种地震波组合,并就塔梁不同连接方式对结构响应的影响进行探讨.研究结果表明:行波效应对主梁位移响应影响较大,使得横向位移增大近80%,竖向位移增大约150%,而对结构内力影响不明显;竖向地震动分量使主塔轴力和主梁弯矩明显增大;与塔梁通过滑动支座连接相比,塔梁通过固定支座连接时主梁纵向位移显著减小,主塔弯矩显著增大,因此,在进行独塔自锚式悬索桥的抗震设计时,可在塔梁处增设阻尼器,以达到减震效果.     

考虑行波效应的某大跨桥梁地震响应分析

在一致激励和非一致激励作用下分别计算了某大跨度桥梁结构的地震响应,对比分析了桥梁结构的位移反应、杆件内力和桥墩处剪力,分析了行波效应对大跨度结构反应的影响程度。同时分析了在不同行波速度下行波效应的影响程度。结果表明,当考虑地震行波效应时,桥梁结构部分节点位移反应增大;桥墩处斜撑杆件轴力增大,部分杆件内力基本不变;全部桥墩的总地震剪力减小,但各桥墩处剪力均有所增大。当考虑不同波速影响时,随着地震波速增加,节点的相对位移减小,各桥墩基底剪力和部分杆件内力减小,但均比一致激励时大。     

大跨度钢结构的地震波行波效应

研究地震波的行波效应对大跨度双跨钢结构的影响,可以从理论上解决实际工程问题。根据大质量法原理,建立考虑行波效应的大跨度结构分析模型以及解析方程。结合大跨度钢结构厂房工程实际,对其进行考虑行波效应的多点激励分析,并与传统一致激励下结构的地震响应进行对比。结果表明:两种地震波输入方式所得钢结构厂房梁柱节点加速度响应曲线一致;在考虑行波效应的多点激励方式作用下,厂房钢结构梁柱节点位移、速度以及加速度响应均有不同程度的增大,且随着地震波传播速度的减小而增大。在大跨度结构的抗震分析中,为得到更精确的结果,应当考虑行波效应对结构的影响。     

辅助墩对大跨斜拉桥在地震作用下的影响——以禹门口黄河公路大跨斜拉桥为例

斜拉桥属于高次超静定柔性结构,辅助墩的设置会改变其结构的受力和变形,对塔顶位移、塔根弯矩、主梁挠度和弯矩等均有一定的影响.为了研究辅助墩的设置数量对大跨度斜拉桥地震响应的具体影响规律,依托陕西禹门口黄河公路大桥工程,采用数值分析的方法,用有限元分析软件CSiBridge对该斜拉桥建立3种方案的有限元模型,即无辅助墩方案、一个辅助墩方案、两个辅助墩方案.在3种方案下利用动力反应谱分析法和时程分析法进行地震作用下的主塔及主梁关键截面内力及线形分析,得到在不同方案下的变化特点.综合两种方法分析结果,辅助墩的设置会增加该类桥型的塔底和主梁弯矩,但对主梁位移有所改善,可见辅助墩的设置对该类型桥梁地震响应的影响有利有弊.     

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.     

斜拉桥拱形塔空间受力分析

拱形塔在斜拉桥中结构形式特殊且空间受力性能复杂.结合工程实例,采用空间有限元结构分析程序Midas/FEA建立目标桥梁的拱形塔三维有限元模型,对其进行施工阶段和成桥阶段空间受力分析.结果表明:锚固区锚室上缘受到较大的拱圈内力作用,下横梁对应的翼板根部易出现拉应力.对于采用墩塔梁固结形式的拱塔斜拉桥,设计时应考虑下部结构受水平力作用.     

基于有限元的边墩超高阻尼支座地震响应研究

为了研究超高阻尼橡胶支座对刚构矮塔斜拉桥边墩的地震响应,以实际在建工程项目甘肃天水国际陆港环城公路渭河五号桥（75+126+75）m为研究对象,基于有限元软件Midas Civil建立桥梁模型和支座、桩基拟合体系并进行非线性时程分析,对比非减隔震和减隔震桥梁的各向内力和位移。结果表明：以人工拟合地震波为基础波进行结构体系地震输入时,超高阻尼橡胶支座相比于非减隔震支座而言,支座所在的边墩处,其墩底位置各向内力、墩顶各向位移均大幅度减小,减隔震效果明显;中墩墩底位置处的纵向内力和位移数值减小明显,由于宽幅结构特点,横向弯矩、横向剪力、横向位移均变化不大,总体减隔震效果呈正向分布;设置有超高阻尼支座的桥塔塔底纵横向内力、塔顶纵横向位移数值下降较为显著,内力和位移的隔震率比较突出。     

混凝土框架结构多点输入随机地震响应分析

文章阐述了多点激励随机振动的基本原理,使用通用有限元软件建立多层框架模型,研究了框架结构的主要振型,分析了行波效应以及振动方向对框架结构地震响应的影响。结果表明:一致激励时结构顶层的内力最大,而考虑行波效应时,底层的内力最大,因此一致激励的结果高估顶层的内力;对于不同方向的振动,结构响应功率谱出现峰值时的频率与其同方向1阶振型对应的特征频率相等。     

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.     

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.     

冲刷作用对大跨度自锚式悬索桥地震响应的影响

目的研究冲刷作用对大跨度自锚式悬索桥桥塔地震响应的影响,为此类桥梁冲刷条件下抗震设计提供参考.方法采用考虑几何非线性的全桥有限元模型,并应用m法模拟土对桩基的约束刚度,分析不同基础冲刷深度条件对基础刚度和桥梁整体动力特性,以及对高耸桥塔地震响应的影响.结果冲刷效应通过减小土对桩基的约束,使桥塔基础刚度明显减小,但桥梁竖向和纵向基频不受影响,高阶振型及其地震效应的变化控制了结构的某些地震响应;不同冲刷深度下,桥塔关键截面-塔底截面纵桥向内力会出现明显峰值,而塔顶位移及横桥向内力效应呈现不同的规律.结论对于大跨度自锚式悬索桥高耸桥塔结构,最不利地震荷载效应并不完全发生在冲刷深度最大时,抗震设计需要考虑地震下多目标效应的多级冲刷的精细化处理方法.     

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.