近场地震作用下铁路减震桥梁地震响应研究

为分析近场地震作用下的铁路减震桥梁顺桥向地震响应特性,用远场地震叠加三角函数型速度脉冲的方法模拟近场地震波,根据结构的弹塑性地震响应计算结果研究速度脉冲的波形、出现位置、脉冲时间对结构地震破坏的影响。结果表明:近场地震作用下铁路减震桥梁的减震效果降低,且支座的地震位移显著增大;速度脉冲波形、脉冲波发生时刻以及脉冲持续时间对桥梁地震响应有较大的影响;结构地震响应的最大值与地震波的SI值有较强的相关性,但与PGV/PGA值的相关性不明显;考虑限位装置地震碰撞效应以后,虽然支座地震位移得到了控制,但带来墩底剪力显著增大的问题;缓冲措施可以减小因碰撞引起的墩底剪力。     

碰撞参数对隔震桥梁地震响应的影响

以四川省汶川县境内的一座隔震桥梁为例,采用ANSYS建立全桥有限元模型,研究地震作用下梁体碰撞参数对隔震桥梁地震响应的影响。选取5条代表性地震波,利用接触单元Combin40模拟梁体间的碰撞。地震动分析方法采用非线性动力时程法,主要碰撞参数包括碰撞刚度、伸缩缝间隙和恢复系数。结果表明:碰撞刚度、伸缩缝间隙和恢复系数均会对隔震桥梁地震响应产生较大影响;碰撞刚度越大,墩顶位移、碰撞力和隔震支座水平剪力越大;随着伸缩缝间隙的增加,墩顶位移和隔震支座水平剪力、碰撞力的变化规律相反,采用合理的伸缩缝间隙有利于减小墩顶位移和隔震支座水平剪力;墩顶位移和隔震支座水平剪力随恢复系数的增大而增大,碰撞力随恢复系数的增大而减小。     

无砟轨道约束对高铁FPS隔震简支梁桥纵向地震反应的影响

以一典型5跨FPS隔震简支梁桥为对象,建立基于两种常用无砟轨道的线桥一体化模型,探讨两种无砟轨道约束对简支梁桥纵向地震反应的影响;并针对CRTSⅡ型板式无砟轨道,研究剪力齿槽刚度、滑动层摩擦系数对简支梁桥纵向地震反应的影响规律。研究结果表明:无砟轨道约束会降低简支梁桥的支座最大纵向位移、支座纵向耗能和最大墩顶纵向位移;与CRTSⅠ型板式无砟轨道相比,CRTSⅡ型板式无砟轨道能降低结构的最大墩顶纵向位移,并对线路起到隔震作用,应优先在FPS减隔震设计中采用,设计时需合理选择剪力齿槽刚度,并考虑滑动层性能变化对结构纵向地震反应的影响。     

邻梁碰撞对系杆拱桥地震响应的影响分析

为研究邻梁碰撞对系杆拱桥地震响应的影响,以一座跨度64 m钢管混凝土简支系杆拱桥为研究对象,采用MIDAS/Civil建立全桥及邻跨简支梁桥的空间有限元模型,输入50年超过概率为0. 2%的罕遇地震波进行非线性时程反应分析。结果表明:邻梁碰撞对系杆拱桥拱肋、横撑及K撑的影响较大,对下部结构的影响较小;考虑竖向地震动后,结构各部件的内力整体增加,碰撞对拱肋及K撑的影响显著,横撑基本不受影响;竖向地震动可使得碰撞力及碰撞次数增加。建议在系杆拱桥的设计中考虑邻梁碰撞效应。     

邻梁碰撞效应对多联隔震梁桥地震反应的影响

针对高烈度地区某多联隔震梁式桥跨结构,采用非线性时程分析方法模拟地震动反应,接触单元法考虑伸缩缝处邻梁的碰撞效应。对比不考虑碰撞、考虑碰撞单边碰撞和双边碰撞几种不同工况下桥梁的地震反应,探讨地震作用下邻梁碰撞效应对多联隔震梁桥地震反应的影响。研究结果表明:地震作用下,由于采用隔震橡胶支座和摩擦摆式支座,主梁的位移和邻梁的相对位移都很大,导致邻梁间多次碰撞且碰撞力非常大。碰撞可能增大也可能减小主梁的位移,但可以减小邻梁间的相对位移;碰撞作用可能使隔震支座失效,对桥墩结构非常不利。与双边碰撞相比,单边碰撞对桥梁更不利。     

地震作用下梁式桥碰撞反应分析

在考虑梁间碰撞反应和桥梁结构非线性特性的基础上,建立全桥模型,通过不同桥墩高度和截面刚度简支梁桥在不同地震激励下的时程响应分析,对橡胶支座隔震的简支梁桥体系在地震作用下梁间碰撞响应规律和特点进行研究。结果表明,碰撞在一定程度上显著改变结构的响应状态,增大墩底弯矩和剪力;桥墩的高度、截面刚度以及地震激励的变化会对梁间碰撞产生影响。     

考虑动水压力作用隔震桥梁的地震响应分析

为了探讨高烈度山区不规则隔震桥梁在动水压力作用下的地震响应,以MORISION方程及其扩展方程为原理计算动水压力,选用铅芯隔震橡胶支座作为隔震支座,利用有限元软件ANSYS对全桥建立简化的力学数值计算模型,并采用非线性时程法进行抗震分析,主要研究了桥墩及铅芯隔震橡胶支座在不同水位处的地震响应。研究结果表明:动水压力作用会使桥墩的地震响应增大,同时也会增大隔震橡胶支座的水平剪力及位移,而隔震橡胶支座利用其耗能的特点则能有效地减小动水压力对桥墩产生的地震响应。因此,对于考虑动水压力作用的不规则深水桥梁,应选取抗剪能力更强、变形能力更大的隔震橡胶支座,以保证良好的隔震效果,提高桥梁结构在地震作用下的整体安全性。     

铁路隔震连续梁桥地震碰撞响应研究

在地震作用下隔震桥梁的梁体位移比非隔震桥梁明显增加,使得相邻梁发生碰撞的概率增大。以1联3跨铁路隔震连续梁桥为例,选用3条人工地震波,采用非线性时程分析方法进行该桥的碰撞响应分析,研究梁间伸缩缝宽度和隔震支座刚度对梁间碰撞响应的影响。结果表明:随着伸缩缝宽度的增大和隔震支座刚度的增大,相邻梁碰撞的发生次数和碰撞力均有明显减小;地震作用下隔震固定墩墩底最大弯矩和最大剪力均随着隔震支座刚度的增加而增加。因此,在进行隔震桥梁设计时,应综合考虑隔震支座的隔震效果和碰撞响应,从而得到既经济又安全的隔震桥梁设计参数。     

支座参数对韩江特大桥地震响应的影响

为了研究摩擦摆支座栓钉抗力和支座阻尼对桥梁结构地震响应的影响,以韩江特大桥主桥为研究对象,应用ANSYS建立全桥模型,采用非线性时程分析法对比分析了不同支座参数下该主桥的地震响应。研究结果表明:摩擦摆支座栓钉抗力系数较合理的取值范围为0.04~0.05,在实际应用中还应考虑栓钉抗力对正常荷载作用下桥梁结构变形等的影响;考虑支座阻尼后各桥墩的支座纵桥向最大水平位移均有一定程度减小,还会减小除11~#桥墩外其余桥墩支座纵桥向最大水平剪力;考虑支座阻尼后会增加9~#,11~#,13~#,15~#桥墩墩底纵桥向最大弯矩,而10~#,12~#,14~#桥墩墩底纵桥向最大弯矩有所减小。     

温度及时效对隔震简支梁桥地震响应的影响

为了研究温度及时效对隔震简支梁桥的地震响应影响,主要介绍美国"AASHTO指导性隔震设计指南"提出的支座特性修正系数和调整系数,并结合国内隔震橡胶支座采用有限元软件ANSYS建立全桥模型进行力学数值仿真计算,根据桥墩高度不同共设置6种计算工况,地震动分析方法采用非线性时程法,从PEER地震动数据库中选取具有代表性的7条地震波进行抗震计算,并取计算结果平均值作为分析指标,分析结果表明:温度及时效作用会降低桥梁结构的基本周期,并会使隔震橡胶支座的剪力变大而位移变小;当桥梁结构基频较大时,温度及时效作用使墩顶位移、墩底弯矩及剪力值大幅增加;当桥梁结构基频较小时,可忽略温度及时效对墩顶位移产生的影响;同时,温度及时效在矮墩处对墩顶位移、墩底弯矩及剪力值的增大作用较明显,因此,建议对低温地区简支梁桥进行隔震设计时应采用隔震效果较好的支座,尽可能延长结构周期,同时在布置桥梁结构形式时应尽量避免出现矮墩,以减小温度及时效对桥梁结构产生的地震响应。     

基于摩擦摆支座的高速铁路 连续梁桥减隔震研究

为改善铁路桥梁的横向抗震性能,以高速铁路三跨连续梁桥为例,采用ANSYS软件,建立横向碰撞有限元模型,开展摩擦摆支座的减隔震研究。模型中考虑轨道系统(CRTSⅡ型)约束作用、支座非线性、墩柱弹塑性及桥梁两侧简支梁和路基段的影响。采用非线性地震反应时程分析方法,分析轨道系统约束作用对桥梁结构横向地震响应的影响,探讨挡块-垫石间距及摩擦因数和球面半径对摩擦摆支座隔震性能的影响,并比较2种隔震方案的减震效果。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;适当增大挡块-垫石设计间距,可确保摩擦摆支座充分发挥隔震性能;结构横向地震响应对摩擦摆支座摩擦因数的变化较其球面半径变化敏感,且摩擦因数取用0.03～0.04较为合理。     

弹性支承块式轨道桥梁结构地震响应分析

为研究弹性支承块式轨道结构对地震作用下桥梁结构位移、内力的影响,以某3跨预应力混凝土连续箱形高架轨道桥为例,利用Midas Civil软件建立考虑和不考虑具体轨道结构形式的高架轨道桥梁有限元模型,分析典型地震波作用下该高架桥梁的地震响应。结果表明:考虑具体轨道结构形式模型的连续梁桥主梁的位移、跨中正弯矩、支点负弯矩及支座处剪力均明显小于不考虑轨道结构形式模型的相应值,对主梁结构来说,设计中不考虑轨道结构形式是一种偏安全的设计方法,而考虑轨道结构模型的桥墩墩顶位移可能大于不考虑轨道结构形式模型的相应值,为安全起见,在进行轨道桥梁桥墩的抗震设计时应当考虑具体轨道结构形式的影响。     

大跨度连续梁桥摩擦摆支座布置及参数研究

以1座(71+83+123.5+240+123.5+83+71)m大跨度连续梁桥作为研究对象,研究摩擦摆支座的布置方式以及支座的力学参数取值对结构的地震响应的影响。分析结果表明:采用摩擦摆隔震支座体系的大跨度连续梁,在E2地震作用下,能大幅降低原固定墩的受力,使得各墩内力分布更加均匀,同时降低墩顶的位移;综合考虑可以仅在主跨的主墩上布置摩擦摆支座;摩擦摆支座摩擦系数的变化对结构地震反应影响很大,摩擦系数的增大虽然使支座耗能能力增加,但是过大的摩擦力不能有效地阻断墩梁间惯性力的传递,不能充分发挥隔震支座的耗能作用,建议摩擦系数采用0.02~0.03;摩擦摆支座半径的变化对结构地震反应影响很小,建议根据支座竖向承载力采用相应的曲率半径。     

铅芯橡胶支座隔震铁路简支梁桥双向地震响应分析

采用铅芯橡胶支座,选取具有不同固有周期的4座铁路简支梁桥桥墩,建立空间有限元模型。以7组典型地震波作为激励,进行铅芯橡胶支座隔震铁路简支梁桥的双向地震响应分析。采用时程分析法计算考虑和不考虑铅芯橡胶支座恢复力耦合作用的隔震桥墩系统的地震响应。分析结果表明:双向地震动作用下考虑耦合作用的铅芯橡胶支座的位移—恢复力曲线与单向地震作用下不考虑双向恢复力的耦合作用时的位移—恢复力曲线在形状上存在较大差别,铅芯橡胶支座的滞回耗能也不相同;不同地震激励下铅芯橡胶支座恢复力的耦合作用对铅芯橡胶支座峰值位移的影响程度不同;随着桥墩一阶固有周期的增加,铅芯橡胶支座恢复力的耦合作用对一阶振型方向的支座峰值位移的影响程度逐渐增大;梁体的峰值地震响应的规范计算值大都高于实际值,故按照规范值进行铁路简支梁桥的隔震设计偏于安全。     

某跨海连续梁桥隔震研究

以某跨海连续桥梁为工程背景,研究了不同隔震措施下该桥梁结构的地震响应。采用有限元软件Midas Civil对该工程中六跨连续梁桥建立三维有限元精细化分析模型,考虑将该桥梁支座分别设置为铅芯橡胶隔震支座、摩擦摆式支座,并与普通盆式橡胶支座时该梁桥的动力特性与地震响应进行系统的对比研究,以评价跨海连续梁桥的隔震性能。研究结果表明,与普通连续桥梁相比,隔震后桥梁结构自振周期延长,桥梁墩顶最大位移、桥墩墩底弯矩、剪力均显著减小。采用摩擦摆式隔震支座时该跨海连续梁桥可取得更好的减震效果,但其位移较铅芯橡胶隔震支座时大。     

地震作用下高速铁路FPS隔震桥梁无砟轨道力学特性参数研究

为了准确分析地震作用下高速铁路FPS隔震桥梁无砟轨道的纵向力学特性,以一典型5跨FPS隔震简支梁桥为对象,建立基于CRTSⅡ型板式无砟轨道的线桥一体化模型;应用非线性时程方法分析无砟轨道的纵向力学特性并进行参数研究。研究结果表明:地震作用下,梁端的轨道纵向力要大于梁中间位置;滑动层与剪力齿槽的设计能减小底座板与梁面的纵向相互作用,且道床板纵连能分散从梁面传来的纵向力,使CA砂浆及扣件的纵向力降低;FPS摩擦系数、支座半径、滑动层摩擦系数、剪力齿槽刚度对轨道纵向力有较大影响,在高速铁路FPS隔震设计时,应综合考虑各参数对Ⅱ型板纵向地震受力的影响,在保证正常运营的同时,减小Ⅱ型板纵向地震受力,防止轨道发生纵向破坏。     

减震榫-活动支座减震机理及影响参数研究

阐述减震榫-活动支座的工作原理及构造形式,以某5跨高速铁路简支梁桥为例,研究减震榫-活动支座的减震性能,并系统分析支座动力参数及桥梁结构自振周期对减震榫-活动支座简支梁桥地震响应的影响。结果表明:减震榫-活动支座能有效降低桥墩的地震需求,但会在一定程度上增加梁体位移;支座屈服强度对桥梁地震响应影响较大,应综合考虑其对桥墩内力和梁体位移的影响规律进行优化选择;支座初始刚度主要影响上部结构位移而屈服后刚度主要影响桥墩内力,为保证减震榫耗能能力发挥,建议硬化比控制在0.15以下;减震榫-活动支座减震效果随桥墩刚度减小呈先上升再降低的变化规律,更适用于高度小于16 m的桥墩。     

高烈度地震区公路不等高桥墩简支梁桥隔震支座的布置

对于高烈度地震区的公路不等高桥墩简支梁桥,在采用隔震橡胶支座进行隔震设计时,应考虑由桥墩高度差引起的桥梁不规则性,从而合理选用支座参数及其布置墩位。针对一5跨不等高简支梁桥选择4种支座,共考虑了31种支座布置工况,利用ANSYS软件对全桥建立了简化的力学数值计算模型,并采用非线性时程法分析了简支梁桥在地震作用下的动态响应。分析结果表明:不同的支座布置方式会影响桥梁结构的动力特性、桥墩底部的弯矩、剪力及墩顶位移;建议采用墩底弯矩和剪力的减震率总和来判断各支座布置工况的隔震效果,达到对支座布置进行优化的目的,进而提高全桥的整体隔震水平。     

罕遇地震作用下连续梁桥双曲面摩擦摆支座参数优化及减震效果研究

以韩江特大桥主桥(55+4×90+55)m为实际工程背景,开展罕遇地震作用下多跨长联连续梁桥双曲面摩擦摆支座参数优化及减震效果研究。采用通用有限元软件ANSYS建立桥梁动力分析模型,利用非线性动力时程分析方法,对双曲面摩擦摆支座的滑动摩擦系数和曲率半径进行参数敏感性分析,并与未设置双曲面摩擦摆支座情况的地震响应进行对比分析。结果表明:制动墩墩底内力和墩顶位移随支座曲率半径的增加而减小,随着支座摩擦系数的增加呈先减小后增大趋势;活动墩墩梁相对位移和摩擦摆支座位移随支座曲率半径的增加而增大,随着支座摩擦系数的增加而减小;摩擦摆支座的水平剪力随着支座曲率半径的增加而减小,支座摩擦系数对支座水平剪力影响规律不明显。综合考虑双曲面摩擦摆支座的减震效果和经济效益并结合该桥多跨长联的特点,建议双曲面摩擦摆支座的滑动摩擦系数取0.03,曲率半径取3m。     

地震作用下桥梁梁体间的碰撞响应分析

以一座3×16 m简支梁桥为例,进行3种地震波作用下桥梁的地震响应分析,研究梁体间的碰撞对桥梁结构地震响应的影响。研究结果表明,结构的碰撞响应与输入地震波的频谱特性、桥梁本身的动力特性及碰撞单元特性密切相关。在强烈地震作用下,桥梁碰撞力相当大,最大达到结构自重的21倍。碰撞易发生在桥台与主梁接触部位,且次数频繁,但峰值较小,发生时间多在地震波能量最大时刻。碰撞力随碰撞弹簧刚度的增加而增大,但增加幅度逐渐变缓,梁间设置压缩刚度较小的缓冲材料,可降低梁间的撞击力。采用柔性连接时,碰撞的瞬间作用对梁跨轴力影响明显,对最大支座反力、墩底弯矩、剪力的影响不明显,说明柔性支座在碰撞瞬间作用向桥墩传递过程中,有“隔减”的效果。