考虑轨道约束的高铁简支梁桥横向地震碰撞效应

为准确把握地震激励下高速铁路简支梁桥横向挡块的限位功能和防碰减震效果,以5跨32 m标准跨径简支梁桥为例,基于ABAQUS软件建立实体有限元模型;分析轨道系统约束作用、挡块材料非线性对横向碰撞有限元模型的影响;对不同地震波和峰值加速度激励、挡块-垫石间距、挡块强度、橡胶缓冲垫层的厚度等因素进行分析。研究结果表明:轨道约束作用会改变桥梁结构的动力特性与地震碰撞效应,挡块材料非线性对横向碰撞效应影响显著;在不同地震波和不同峰值加速度作用下,桥梁横向地震响应有明显差异;在EI-Centro地震波激励下,综合考虑各项碰撞效应,高速铁路简支梁桥挡块-垫石间距设置为3 cm是合理的;橡胶缓冲垫层会降低墩梁横向相对位移和碰撞力,且防碰减震效果与橡胶的厚度有关。     

空间多点地震激励下简支梁桥碰撞响应数值模拟

为研究桥梁结构在空间多点地震激励下的碰撞响应，采用LS-DYNA建立了两跨简支梁桥三维精细化有限元模型，考虑了相邻桥跨之间面-面碰撞及偏心碰撞效应，计入了板式橡胶支座系统的非线性、钢筋混凝土在碰撞荷载作用下的材料非线性和应变率效应，详细分析了空间多点地震下桥梁上部结构的碰撞响应，研究了双向多点地震激励及局部场地效应对碰撞响应的影响。研究结果表明，碰撞会导致伸缩缝处桥梁上部结构的局部破坏；双向多点地震激励引起的桥梁偏心碰撞响应导致碰撞次数增加，但减小了碰撞力；局部场地效应对桥梁上部结构碰撞响应影响较大，基础场地条件越差，上部结构碰撞响应越大，碰撞引起的梁端局部破坏越严重。     

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。     

地震作用下简支梁桥梁间碰撞的反应性能

现行<铁路桥涵技术规范>和<铁路工程抗震设计规范>均没有考虑地震作用下简支梁桥发生的碰撞问题,通过对一座两跨16 m简支梁桥的分析可以知道,在简支梁桥一般所采用的梁间距下,有可能发生梁间的碰撞作用,碰撞作用会改变原有桥梁的受力形式,加大了其破坏程度.针对梁间距、地震波、地基土的变形等影响梁碰撞的不同因素做了分析讨论.结果表明梁间距较小时产生的碰撞响应也较小,足够大的梁间距使相邻梁不发生碰撞作用,输入不同地震波,考虑地基的转动变形都会对碰撞产生不同的影响.     

考虑碰撞和支座影响的桥梁近场竖向地震响应分析

为了精确计算带支座桥梁的近场竖向地震响应,研究了桥梁支座和竖向碰撞现象对桥梁地震响应的影响。建立了针对双跨连续梁桥的梁-弹簧-杆连续体模型,运用瞬态波特征函数展开法和组合体瞬态内力法求解了桥梁结构中地震响应和碰撞响应耦合的理论解。计算结果表明,该文方法能计算多次碰撞后桥梁结构复杂的内力响应。在近场竖向地震和多次碰撞作用下,桥梁跨中正弯矩、支座处负弯矩和桥墩底部应力高频高幅值振荡可能超过其承载能力。竖向地震提前于水平地震激励的时间越长,由单独的竖向地震引起桥梁破坏的可能性就越大。     

摩擦摆支座对高速列车-简支梁桥耦合系统的减隔震分析

为研究摩擦摆支座(FPB)对地震下高速列车-简支梁桥耦合系统的减隔震作用,基于ANSYS和SIMPACK平台,建立了高速列车-多跨简支梁桥耦合系统的三维有限元模型.模型中采用104~#力元模拟FPB,将轨道不平顺和地震力作为耦合系统的激励,开展了FPB对地震荷载下车-简支梁桥耦合系统的减隔震研究.结果表明,在El Centro地震波作用下,车-桥系统的动力响应随着车速、地震强度、墩高度的增大而增大.地震强度小于0.12g时,FPB能减小车-桥系统除墩顶横向加速度以外的其他动力响应,车速越大、墩身越高, FPB的减振效果越显著;地震强度大于0.12g时,FPB会增大车桥系统的动力响应.建议在高速铁路简支梁桥减隔震设计中,墩高不宜超过16 m,摩擦摆支座的参数应根据具体桥梁进行选择.     

竖向地震作用下桥梁碰撞响应的动态子结构方法

该文研究了竖向地震作用下桥梁结构的碰撞响应问题。考虑多次碰撞和多次分离过程以及桥梁支座的影响,针对多跨连续桥梁建立动态子结构模型,导出了模态坐标表示的碰撞动力学方程,并将动态子结构方法应用于竖向地震作用下桥梁结构的碰撞响应问题。采用Newmark隐式积分法对动力学控制方程进行数值求解,研究了竖向地震作用下桥梁与桥墩的碰撞动力学响应。数值收敛性结果和理论解的对比分析表明,该动态子结构方法具有良好的数值收敛性和较高的计算精度,可有效地分析竖向地震作用下桥梁的碰撞响应。     

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。     

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.     

隔震桥梁地震响应非线性分析

使用铅芯橡胶支座（LRB）作为隔震设备，分析了一个典型3跨连续梁桥在4种地震作用下的系统响应。采用Bouc-Wen模型模拟LRB的力一变形非线性行为，使用有限单元方法建立系统刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵，使用龙格库塔法求解非线性方程。研究的重要参数包括桥墩的刚度、支座的屈服强度及屈服后周期，评价的主要依据是主梁振动加速度、桥墩支座位移、桥台支座位移及桥墩底部剪力和弯矩。结果表明：桥墩刚度对地震响应的隔震效果有很大的影响，随着桥墩刚度的减小，隔震效果降低，而LRB对桥墩刚度较大的桥梁有很好的隔震效果；LRB的屈服强度和屈服后周期均对隔震效果有一定的影响，不同的地震激励对系统的影响不同，对某种地震激励，存在一个最优的LRB屈服强度。     

钢管混凝土桥墩地震响应有限元分析

基于柔度法有限元分析了钢管混凝土桥墩的地震响应规律,探讨了轴压比、长细比、含钢率、混凝土强度等参数对地震力、墩顶位移、墩顶加速度等的影响.结果显示：①随着轴压比、钢管厚度和混凝土强度的增加墩底地震力增加,随着桥墩高度的增加地震力降低;②随着轴压比、桥墩高度的增加,墩顶地震位移增大,随着钢管厚度和混凝土强度的增加地震位移降低;③随着轴压比的增加,墩顶地震加速度减小,随着桥墩高度的增加,墩顶加速度先减小后略增加,随着钢管厚度和混凝土强度的增加,墩顶地震加速度增加.相关成果可为钢管混凝土桥墩抗震设计和施工提供借鉴和指导.     

曲线梁桥非线性分析及抗震性能评估

以上海莘庄立交工程中的一段曲线梁为例 ,按照实际结构构造 ,充分考虑材料非线性及连接构件的非线性等因素 ,以弹塑性纤维梁柱单元模拟桥墩、空间滑动支座单元模拟橡胶支座和滑板支座、接触单元模拟相邻结构之间的碰撞、大刚度弹簧模拟抗震销的限位作用 ,建立非线性时程反应分析模型 .基于位移和多级设防的桥梁抗震设计思想 ,进行设计烈度地震和罕遇地震 2个概率水准下的空间时程地震反应分析 ,并进行曲线梁的抗震性能评估     

基于集中铰-纤维模型的小半径曲线桥地震反应

在地震作用下,曲线桥因其几何不规则性会产生扭转作用。因此,曲线桥的桥墩就会受到压-弯-剪-扭耦合受力而发生复杂的破坏形式。本文以一座匝道桥为工程背景,采用集中铰-纤维模型对曲线桥进行了有限元建模。探究了曲线桥的有限元建模方法,之后研究了不同墩高以及不同桥墩布置型式对曲线桥抗震性能的影响。研究表明：相比于纤维模型,集中铰-纤维模型更适合曲线桥桥墩的模拟。同时墩高的改变对桥墩的受力有显著的影响,等高型式下桥墩受力随墩高的变化规律与变墩高型式下并不一致。同一高度的桥墩在不同布置型式下的受力也有明显的区别。     

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.     

重力式钢筋混凝土桥墩的弹塑性地震行为

采用简化的单墩模型,用Ｔａｋｅｄａ退化三线性模型研究了地震时重力式钢筋混凝土桥墩的弹塑性行为．定义了弯矩折减系数和墩顶位移放大系数,探讨了它们随墩高和地震烈度的变化规律．     

深水区高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥弹性地震响应研究

针对深水库区高墩大跨径预应力混凝土刚构桥的结构特点,考虑桩-土相互和动水之间的耦合作用,采用等代刚度法和大型通用有限元程序ANSYS,对某预应力混凝土刚构进行了线弹性地震响应分析,分别研究了横梁设置位置对下部结构和上部结构顺桥向和横桥向的地震响应特点。研究结果表明:随水深与墩高比h/H的加大,顺桥向地震波作用下,主梁根部及各跨跨中竖向弯矩增幅较大,其余变化较小;横桥向地震波作用下,边墩墩顶以及中墩墩顶和墩底横向弯矩增幅较大,其余变化较小。     

地震作用下相邻结构的防震缝宽度确定方法

目前中国现行抗震设计规范中所规定的防震缝宽度取值一般较小,且缺乏理论依据,不能有效防止地震作用下相邻建筑之间发生碰撞,为此对相邻结构在地震作用下的最大相对位移进行研究。分别讨论周期比、高度比等因素的影响作用,在此基础上给出两单自由度体系最大相对位移的计算方法,并进而确定相邻结构的防震缝宽度。结果表明:任意高度比的相邻单自由度体系最大相对位移可由高度比为1和0两种情况求得;所提出的防震缝宽度确定方法的计算结果与时程分析结果较为接近,说明所提方法较为准确,可以用于相邻结构防震缝宽度的设计。     

动水压力对深水桥梁性能设计的影响

通过一个深水桥墩实例对中国与日本桥梁抗震规范的地震动水压力计算方法进行比较研究,分析规范关于动水压力计算的异同点,计算表明两者结果相差较大. 对桥墩的动水压力进行数值模拟计算,考察动水压力沿深水桥梁高程的分布. 为研究动水压力对桥梁整体结构动力特性的影响,以主跨260 m的牛根大桥为背景建立有限元计算模型,采用附加质量法进行计算. 结果表明,附加质量法求得的位移和弯矩比不考虑动水作用的情况有较大增幅,也表明动水压力对桥梁的性能有较大的影响. 在深水桥梁的性能设计理论与应用领域中,水与桥墩的相互作用问题有必要进行进一步的研究.     

建模方式对T型桥梁地震反应的影响研究

研究了不同的建模方式对不同的墩高、不同场地条件下桥梁地震反应的影响程度。研究发现：无论在何种场地条件、何种桥墩高度的桥梁,单梁模型在纵、横桥向地震响应的分析精度都较高,能满足工程设计需要;梁格模型纵向地震响应分析误差在5％以内,横向地震响应分析误差在10％-20％。因此,对于横向由多片梁组成的T梁桥,单梁模型建模简单且精度较高,能满足工程设计需要。     

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5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。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。