地震下桥墩动水压力分析

对地震下圆柱形桥墩上的动水压力,提出了一个半解析半数值方法,针对弹性桥墩结构,利用Trefftz完备函数分别构造了流体的弹性振动速度势和刚体运动速度势,采用梁单元有限元方法求解耦联运动方程,与其他方法相比,这一方法计算相对简单、有效,并可考虑表面波效应和流体的压缩影响.算例表明,这一方法具有较高的精度.     

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.     

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.     

桥墩形式对曲线形连续刚构桥地震响应的影响

以西牛大桥为工程背景,将主墩分别设计为单柱式薄壁墩、双柱式薄壁墩和组合式墩柱3种形式,运用 Midas/Civil 软件对高墩大跨曲线形连续刚构桥进行三维地震动态时程分析,比较不同的桥墩形式以及曲率半径对高墩大跨曲线形连续刚构桥抗震性能的影响。分析结果表明,在主梁弯矩分配上,双肢墩和组合墩要优于单肢墩,而在主梁位移与墩顶轴力方面,组合墩也具有明显的优势;在桥墩形式不变的情况下,随着曲率半径的增大,主梁跨中弯矩和竖向位移先出现明显的减小,之后趋于平缓。     

桥墩高度和高差对双幅桥动力特性及地震响应的影响

阐明了不等高双幅桥的动力特性、地震响应与桥墩高度、高差的相互关系.以一工程项目为背景,通过修改桥墩高度、高差,研究两者对结构动力特性、地震响应的影响,分析桥墩高度、高差与动力特性、地震响应的相互关系.分析结果表明,结构频率与桥墩高度、高差呈负相关关系;地震响应随桥墩高度的增大而增大,桥墩高差对其不造成影响.     

地震动水压力对深水桥墩的影响

在Morison方程的基础上,用附加质量考虑水的影响,采用有限元方法来分析深水桥墩的地震响应.通过对实例的分析,认为地震动水压力对深水桥墩的影响是显著的,动水压力的作用使桥墩的地震响应最大值增大了近50%,并得出了影响动水压力的主要因素.同时与我国现行抗震规范的计算结果进行了比较分析,认为在抗震设计中是否考虑地震动水压力对桥墩的影响采用相对水深来决定更为合理.     

近断层地震速度脉冲效应对桥墩地震反应的影响

近断层地震动的速度脉冲效应对结构抗震提出了更高的要求,结合典型的近断层地震记录分析了速度脉冲的基本特性,并对人工近断层地震动的速度脉冲模型进行研究,讨论了典型模型的参数,在此基础上推荐了一种模型参数确定方法,并结合桥墩算例说明了速度脉冲效应对地震反应的影响及推荐模型参数的合理性.     

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.     

考虑风浪流作用下的深水桥墩动力响应分析

考虑到跨江跨海大桥桥墩经常受到的是风浪流的共同耦合作用,在进行江海的深水桥墩结构设计时,除了波浪荷载作用之外,还需考虑风浪流环境荷载的影响是必不可少的。基于此,本文在流固耦合研究成果和流体理论基础上,考虑附加质量和流固耦合效应的同时,运用ANSYS有限元软件的流固耦合模块计算深水桥墩在流速及风荷载影响下的响应,并利用数值编程工具MATLB对不同工况下的桥墩响应结果进行分析比较。结果表明:当激励荷载为风浪流时,输入风、浪及流的频谱特性以及风、流的速度都将对深水桥墩结构的动力响应产生不同程度的影响。因此在深水桥墩结构设计时,应该针对待建桥梁所处的地理水文条件,合理的选择环境荷载进行设计计算,以提高结构的安全度。     

地震表面波引起高桥墩的动力屈曲分析

考虑大变形的影响,建立高桥墩在地震表面Rayleigh波引起的地基椭圆运动时的非线性动力学基本方程式.通过位移形函数假设,采用伽辽金积分方法得到了时间变率的动力学控制方程.对时间变率的非线性微分方程进行数值求解,给出了同一地震波不同强度下高桥墩的位移响应曲线以及从产生横向振动到失稳的全过程,得到了地震波冲击时高桥墩失稳的临界地震加速度和失稳时刻.通过数值算例比较了地震波幅值、高桥墩柔度以及桥面质量大小对位移幅值响应曲线、临界地震加速度和失稳时刻的影响.     

钢筋混凝土延性桥墩震后快速修复技术研究

采用3种不同修复方案对3个发生严重破坏的钢筋混凝土延性桥墩进行震后快速修复技术研究.试件首先在固定的轴力和侧向反复荷载下进行拟静力试验使之发生弯曲延性破坏,然后分别利用植筋、浇筑套箍、缠绕CFRP等方法对其进行快速修复并重新进行加载试验.试验结果表明,采用不同方案修复的桥墩承载力和延性指标均能得到较好恢复甚至提高,由于内部损伤的存在,修复后桥墩的初始刚度较低;缠绕CFRP修复的试件,由于施工简单,修复效果较好且造价较低,可在工程实际中推广.     

变截面桥墩复合振动基频近似算法

为了快速准确地估算出桥墩的振动基频,在瑞利法和Southwell频率合成法的基础上导出了变截面桥墩复合振动基频的计算公式.将基频表示成各惯性元和复原元所组成子系统的频率合成,其中惯性元为墩身分布质量和墩顶集中质量;复原元包括基础变形、墩身弯曲和剪切变形.然后用有限元建模来验证该方法,并分析了不同变截面系数和墩顶附加质量比对桥墩基频的影响.计算结果表明,导出的公式与有限元计算结果很接近.该方法适用于各种基础类型的桥墩和高耸结构基频的估算.     

考虑吊杆断裂的拱梁组合桥动力响应分析

针对拱梁组合桥吊杆断裂动力响应问题,建立一种考虑吊杆断裂作用的拱梁组合桥等效静力计算方法.通过构建具有代表性的标准拱梁组合桥,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行吊杆断裂冲击作用下拱梁组合桥动力分析.分析结果显示,拱梁组合桥的长、短吊杆断裂,对剩余吊杆与系梁的影响较大,对拱肋的影响较小;短吊杆对剩余吊杆应力的影响程度更大,长吊杆对系梁的动力响应影响更大.采用考虑吊杆断裂作用的等效静力法计算拱梁组合桥动力响应时,短吊杆断裂时动力系数可偏安全地取为0.8,长吊杆断裂时动力系数根据跨径按公式取值.     

单节段装配式桥墩抗震性能试验研究

与传统整体现浇桥墩相比,装配式桥墩具有工期短、环境影响小、施工质量高等优点.装配式钢筋混凝土桥墩的抗震性能是其设计时需要考虑的关键问题之一.试验设计了一组现浇式及两组装配式桥墩试件,采用拟静力试验方法从破坏形式、水平承载力、位移延性与累积耗能等方面研究其抗震性能.试验结果表明:与整体现浇式桥墩相比,装配式桥墩的水平承载力与前者接近,位移延性与累积耗能能力稍差,残余位移偏大;钢套筒连接装配式桥墩的位移延性与累积耗能能力优于金属波纹管连接装配式桥墩.     

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。     

平原河道桥墩阻水比与壅水特性关系

针对平原地区河道桥墩壅水问题,采用数值模拟方法,以阻水比α为控制参数,按照产生机制和影响范围的不同,从墩前冲高和桥前壅高两方面考虑桥墩壅水效应。墩前冲高的影响范围由河道断面水位壅高变异系数确定,在高阻水比(α7%)情况下,其影响范围相对集中在桥墩附近;对于桥前壅高,以防洪工程中起重要作用的断面平均壅高为表征变量,分析无量纲的相对壅高βyg及最大壅高点距桥墩的相对距离λyg与阻水比之间的关系。结果表明:在高阻水比时,最大壅高位置出现在墩前4~5倍墩宽处,且阻水比的增加会导致桥前最大壅高迅速增大和壅水影响范围的持续扩大;阻水比7%是平原河道桥前水位壅高特性的重要分界点,故大中型桥梁工程的阻水比以不大于7%为宜。     

基于MARC的钢筋混凝土桥墩非线性有限元分析

在一组钢筋混凝土桥墩试验的基础上,采用有限元通用程序MSC.MARC进行了试验的模拟分析.在钢筋混凝土非线性有限元分析中通过采用不同的参数,实现了对试验结果的良好模拟,提出一些有关重要参数选取的建议,可供相似问题的钢筋混凝土有限元分析参考.     

薄壁变截面高桥墩的稳定分析

应用里兹法研究了考虑墩身自重的薄壁变截面高桥墩的稳定性.构造满足桥墩位移边界条件的横向位移曲线函数,得到其应变能和荷载势能表达式.基于势能驻值条件求出了薄壁变截面高桥墩的临界荷载解析式,利用该解析式可以方便地求出薄壁变截面高桥墩的临界荷载.与有限元分析得到临界荷载的比较表明,该方法简单可靠.     

钢筋混凝土桥墩地震破坏振动台试验研究

钢筋混凝土桥墩箍筋约束不足和剪跨比过小(短柱)造成的脆性剪切破坏在近几次地震桥梁震害中占有较大比重.为解决此问题设计制作了各3根圆形截面和方形截面桥墩试件,分别代表具有良好箍筋约束、配箍率不足和小剪跨比3种情况,并通过振动台试验研究了其抗震性能.对小震、中震和大震作用下桥墩试件的破坏形态、加速度和位移反应、位移延性系数和耗能等方面进行了比较分析,结果表明,小剪跨比桥墩在地震作用下反应位移延性系数较大,在抗震设计时应引起足够重视.