城际铁路变宽度连续箱梁桥的动力特性

研究了变宽度连续箱梁桥在成桥状态下的动力特性.以某五跨变宽度连续箱梁桥为背景,建立整桥三维空间有限元模型,对大桥的模态进行分析,并选用50年超越概率分别为3%(E1)和10%(E2)两个水准的反应谱进行成桥阶段的地震响应分析.结果表明:E1,E2概率下,变宽度连续箱梁桥制动墩上的内力较大,且顺桥向地震荷载作用对制动墩的内力影响比横桥向地震荷载作用大,竖向地震荷载作用对桥墩轴力影响较大,而对桥梁上部结构位移影响不大,变宽度连续箱梁桥地震反应随桥墩高度增加而增强.建议桥梁设计时,重点考虑固定墩及固定支座的设计,并对固定墩底部进行加固处理,抗震分析时,慎重考虑地震荷载竖向分量取值.通过地震反应谱分析,在规范要求的地震荷载作用下,变宽度连续箱梁桥整体抗震性能良好,满足抗震设计要求.     

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.     

近场简支梁铅芯橡胶支座隔震特性分析

随着公路桥梁的建设和隔震技术的发展,近断层隔震桥梁的抗震性能研究十分必要.以一座简支微弯梁桥为例,通过非线性时程的方法,探讨简支梁桥在近场地震作用下桥梁的减隔震特性及参数变化规律.分析结果表明,该隔震简支梁桥在近场地震作用下,墩底弯矩和支座位移比远场地震作用下大;采用隔震技术后,在近场地震作用下,减震效果仍有效;纵横向支座位移随屈服强度的增加而减小,且均有随初始刚度增加而减小的趋势;墩底弯矩因波脉冲不同和各墩刚度不一,随初始刚度和屈服强度的变化不一.     

基于SHDR支座的异形斜交梁桥减隔震分析

随着城市桥梁的发展,城市立交匝道上异形斜交梁大量增加,由此引起高烈度地区异形斜交连续梁桥减隔震问题日益突出.本文以甘肃(天水)国际陆港城陆港大道第一联(30+28.5)m异形斜交连续梁桥为实际工程背景,采用有限元分析软件Midas Civil—2019建立桥梁空间三维抗震模型,采用反应谱及非线性时程分析方法,对普通橡胶支座和SHDR支座的地震反应的影响分别进行分析,研究在纵向及横向地震作用下1#固定墩和2#活动墩墩顶左右支座位移及内力的变化规律.结果表明:SHDR支座对该异形斜交连续梁具有很好的减隔震作用,采用SHDR支座能增加桥梁结构前三阶振型的自振周期,避开地震动卓越周期;与普通支座相比,采用SHDR支座后,活动墩分担了较大的地震力,固定墩墩底弯矩和墩顶位移反应显著减小,使结构处于弹性受力状态,以满足抗震设防目标.     

风荷载-列车-大跨度桥梁系统非线性耦合振动分析

考虑桥梁结构的几何非线性因素,建立了风-列车-桥梁系统耦合振动分析模型.以某大跨度钢桁梁桥为例,计算了静风及脉动风荷载的不同作用效应、风速及车速变化对桥梁位移极值的影响及桥梁几何非线性因素对结构分析的影响.结果表明,进行车桥耦合振动分析时要综合考虑风荷载的动力作用,风速及车速变化对桥梁位移极值均有较大影响,桥梁的线性及非线性位移时程曲线存在明显区别.     

地震作用下深水高墩刚构桥梁的动力响应分析

高墩大跨连续刚构桥梁的抗震性能是桥梁设计人员重点关注的问题.当高墩处于深水之中,由于桥墩外围的水和桥墩体内的水将由于震动而同时对桥墩产生作用,对其进行动力响应分析更为困难.在计算墩水耦合效应时采用Westergaard理论,对一座连续刚构桥梁的地震动力响应进行了反应谱分析和时程分析.研究结果认为考虑墩水耦合效应后,桥梁...     

海冰对单柱式桥墩非线性地震反应的影响

用简化的附加水质量模型考虑动水压力对桥墩的影响,用动冰力模型考虑冰与桥墩的相互作用,建立了冰水域单柱式桥墩地震反应的动力计算模型,并利用时程分析法研究了在不同类型地震作用下海冰对桥墩非线性地震反应的影响.桥墩的最不利反应一般发生在海冰质量为5×106～5×107kg,可作为桥墩设计时的海冰质量;且墩底截面出现最大曲率时对应的海冰质量随着水深的增大而变大.有冰时墩底截面曲率延性需求系数、墩顶最大位移和墩顶残余位移比无冰时增大数倍,墩底截面弯矩–曲率滞回曲线呈倒"S"型更显著,桥墩的变形和耗能能力显著下降.同时,与近场地震波作用时相比,远场地震波作用下海冰对单柱式桥墩顶部最大位移和残余位移的影响更大.     

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%.     

混凝土梁桥地震倒塌失效机制

倒塌失效是混凝土梁桥地震破坏的一个重要极限状态,揭示其机制对于提高结构的抗倒塌性能具有重要的现实意义和工程实用价值。对3种混凝土梁桥的非线性地震响应及倒塌破坏过程进行了数值模拟,从结构体系转化、桥墩受力及梁-墩碰撞作用等方面揭示了3种类型桥梁的地震损伤演化规律及连续倒塌机制。研究表明:梁-墩相对位移过大是造成落梁的前提条件,而落梁时梁-墩撞击作用进一步推动加剧了桥墩破坏和整体倒塌过程。连续梁桥的地震倒塌失效是一个整体连续的过程,简支-连续梁桥和简支梁桥的倒塌失效是一个局部连续过程。简支梁桥地震倒塌过程中桥墩受到的碰撞力在3种混凝土梁桥中最大。     

深水连续刚构桥地震响应分析

以某深水刚构桥为例,以附加质量的形式考虑墩水耦合效应的影响,运用大型通用有限元软件ADINA,建立结构动力有限元模型,进行动力时程分析。比较考虑墩水耦合效应和不考虑墩水耦合效应下的内力和位移。结果表明：考虑墩水耦舍效应时比不考虑墩水耦合效应时的内力和位移都明显增大,并且应同时考虑外域水与内域水对高墩的共同作用。     

近、远场强震下深水桥墩的非线性动力响应特性

以深水桥梁的两座桥墩为研究对象,考虑混凝土的非线性力学行为,以可有效计入墩-水流固耦合效应的势流体完全数值法为基础建立势流体模型,并引入动水压力简化算法建立附加质量模型.讨论了墩周水域范围及势流体单元尺寸的合理取值,验证了简化算法在深水桥墩非线性动力分析中的有效性.对比讨论了弹性模型、非线性模型动力响应的差别,对比了近、远场地震下深水桥墩非线性动力响应的差异及分布特征.研究结果表明:当地震动峰值加速度(P_(PGA))较小时,桥墩非线性模型与弹性模型的动力响应相一致;随P_(PGA)的增大,非线性模型的墩底弯矩、剪力均小于弹性模型,说明强震下桥墩会进入开裂甚至弹塑性状态,其力学行为与弹性模型差别明显,应该考虑其在强震下潜在的非线性动力行为.近场地震下,深水桥墩的动力响应明显高于远场,墩底弯矩均值分别比远场地震下大80.4%和34.4%,剪力均值分别大23.7%和28.9%,表明近场地震下桥墩会进入更强的非线性状态,对近断层区深水桥梁的抗震设计提出了更高的要求.     

城市立交匝道桥桥墩地震弯剪扭破损机理分析

基于压弯剪扭耦合作用下桥墩的弯剪滞回模型和扭转滞回模型,建立了某城市立交匝道桥有限元模型,并对其进行了动力特性分析和非线性地震时程反应分析,着重对比分析了该匝道桥固支墩和铰支墩的墩顶位移反应及非线性程度。结果表明,在地震作用下固支墩比铰支墩更容易发生破坏,其根本原因是因为扭转效应降低了固支墩的弯剪承载能力,致其在地震作用下因抗力不足而先发生破坏。同时分析了支座破坏的原因和破坏机理。     

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。     

墩身高阶振型对高墩地震反应影响

采用增量动力分析的方法,全面讨论了墩身高阶振型对桥梁结构地震反应的影响.首先分析了现有规范中的桥梁抗震设计方法应用于高墩的局限性;随后采用了增量动力分析方法,在考虑墩身高阶振型效应的情况下,对高墩桥梁结构在地震作用下的性能进行了研究.结果表明:由于墩身高阶振型贡献,高墩在强震作用下可能沿墩身产生多个塑性区域;墩顶位移与墩底曲率不再同步变化,高墩墩顶极限位移不能采用规范中的方法进行计算;高墩墩身的地震剪力及弯矩需求也会由于墩身高阶振型的显著影响而变得十分复杂.最后提出了针对高墩抗震设计的一些改进措施.     

时效及环境因素对隔震连续梁桥地震反应的影响

为考虑时效及环境因素对隔震支座力学特性的影响,介绍了国外学者和规范提出的支座特性修正系数、调整系数和界限分析方法,结合中国隔震橡胶支座的特点给出了力学特性修正过程.构造了12座具有不同外型特征的连续梁桥作为研究对象,分别采用3种常用的隔震支座(即铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座和超高阻尼橡胶支座),基于Open Sees地震分析计算平台建立了隔震桥梁的3维动力分析模型,通过大量的非线性动力时程分析考察了时效及环境因素对不同高度桥墩地震反应的影响程度及其在不同外型桥梁中的离散情况,还采用增量动力分析技术研究了不同地震动强度(PGA)的影响.分析结果表明:时效及环境因素对隔震桥梁地震反应的影响较大,尤其是对处于0.2~0.4g加速度峰值下隔震桥梁的较低墩的位移反应;对于采用铅芯、高阻尼和超高阻尼橡胶支座的隔震桥梁,不考虑其影响则可能低估较低墩10%、50%和100%及以上的墩顶位移需求.     

桩土效应对高铁桥梁地震反应的影响分析

高速铁路桥梁的刚度远大于普通桥梁,当强烈地震发生时,桥梁的地震反应尤其是桥梁梁端的碰撞反应值得关注.另一方面,对于深厚软土地区,土与结构之间的相互作用不能被忽略.文章对比考虑与不考虑桩土相互作用效应,分析高铁桥梁在地震激励下的反应.分析结果表明:考虑桩土相互作用效应会使桥梁结构的自振周期延长、墩顶位移和加速度反应增大,但伸缩缝处的碰撞反应却减小.     

桥墩-桩基础在罕遇地震作用下的设计和稳定水平研究

提出罕遇地震作用下桥墩-桩基础破坏模式的判别方法,并根据需求进行桥墩-桩基础的抗震设计,引入桥墩-桩基础系统在罕遇地震作用下稳定水平的判定标准.用地基土非线性抗力模型对系统滞回特性进行研究,通过对桥墩-桩基础系统做静力非线性Pushover分析得到系统的力与位移双线性骨架曲线,表征系统的非线性特性.用有限元程序进行罕遇地震作用下Ⅲ,Ⅳ类场地不同墩高的桥墩-桩基础时程分析,研究不同墩高的桥墩-桩基础在罕遇地震作用下的稳定水平.对32 m简支梁桥的桥墩-桩基础稳定水平进行判定,论证该方法的可行性.     

简支梁桥地震落梁失效控制模式研究

对地震作用下桥梁的落梁失效进行有效的控制,是桥梁抗震工程中的关键问题之一。考虑支座非线性、桥墩弹塑性和碰撞效应的影响,建立了5跨简支梁桥的有限元模型。采用非线性时程方法计算了多跨简支梁桥在墩-梁连接和梁-梁连接2种落梁失效控制模式下的纵向地震反应,并和无落梁失效控制时的桥梁反应进行了比较,分析了两类防落梁模式的控制机制和控制效果。研究了简支梁桥邻跨刚度比、防落梁连接刚度和初始间隙等参数对落梁失效控制效果的影响规律,进一步提出了有效的防落梁模式建议。研究表明:梁-墩连接控制模式可以有效地减小简支梁桥的位移反应,控制落梁失效,但会引起桥墩内力的增大,控制效果受到邻跨刚度比和控制系统参数的影响,梁-梁连接控制模式不能有效地控制落梁失效。     

近断层脉冲型地震作用下高速铁路桥梁-轨道系统响应分析

为了研究在近断层脉冲型地震作用下高速铁路桥梁-轨道系统的动力响应规律,针对高速铁路线上最常用的简支梁形式结构,以某8×32.7 m高速铁路简支箱梁桥为例.建立了考虑简支梁与CRTS Ⅰ型板式无砟轨道之间相互作用的桥梁-轨道模型,讨论了具有破裂前方脉冲、滑冲脉冲、无脉冲型近断层地震动对桥梁-轨道系统的影响及扣件阻力改变时桥梁-轨道系统动力响应的变化.结果表明:三种脉冲类型地震动作用下钢轨的受力和变形规律保持一致,脉冲型地震动较无脉冲型地震动增加了约20％钢轨应力和位移.相对于轨道系统,桥墩对脉冲类型更为敏感,在破裂前方脉冲和滑冲脉冲地震作用下,桥墩的墩顶最大位移比无脉冲地震动分别增大了106.6％和148.6％,墩底弯矩和剪力也有明显增大,在进行高速铁路桥梁抗震设计时应考虑脉冲类型对桥梁结构的影响.扣件纵向阻力从5 kN/组增大到15 kN/组时,墩顶最大位移降低了10％,但钢轨应力和位移峰值约为原来的2倍.     

高速铁路连续梁桥横向地震碰撞效应及挡块间隙研究

为研究地震作用下高铁桥梁挡块与垫石间的横向碰撞效应,基于ANSYS软件建立高铁简支-连续组合桥梁(2×32 m简支梁+(48+80+48) m连续梁+2×32 m简支梁)横向地震碰撞杆系有限元模型,该模型考虑轨道系统(CRTSⅡ型)约束作用、上部结构与垫石间偏心距、挡块材料非线性、支座非线性和墩柱弹塑性的影响。采用非线性地震反应时程分析方法,讨论轨道系统约束作用、横向限位挡块和挡块-垫石间距等因素对桥梁结构横向地震碰撞效应的影响,并优化连续梁桥墩挡块间隙,探究橡胶缓冲装置的减碰效果。研究结果表明:轨道系统约束作用会改变桥梁结构的动力特性与地震响应,放大墩底剪力横向分配的不均匀性;在强震作用下,挡块横向限位效果较明显;当连续梁桥墩挡块-垫石间距为2～3 cm时,横向地震响应峰值均较小,适当增大中墩挡块-垫石间距效果更佳;橡胶缓冲装置会降低连续梁桥墩梁横向相对位移峰值和挡块碰撞力,且减震效果与橡胶厚度及布设方式有关。